Estudio sobre células de levadura: ¿Proteína descubierta que inicia la apoptosis celular – ¿un proceso similar también en células humanas?

Profesor Dr. Johannes Herrmann (izq.), SreeDivya Saladi y Felix Boos. (Foto: Koziel/TUK)

Cuando las células mueren, inician la apoptosis. En seres vivos superiores, se asegura que todo el organismo no sufra daños. Pero también existen mecanismos similares en organismos unicelulares. Hasta ahora, esto no estaba claro. Investigadores de Kaiserslautern han encontrado una solución. Descubrieron en células de levadura una proteína que existe en dos formas. En células sanas, funciona como enzima; en células defectuosas, inicia la muerte celular. También en células humanas, el proceso podría funcionar de manera similar. Desde un punto de vista evolutivo, esto tiene sentido, ya que así se eliminan células en organismos unicelulares que no son "aptas", es decir, que no están adaptadas. El estudio fue publicado en la revista especializada "Molecular Cell".

Todo organismo está compuesto por células. Ya sea en humanos, animales o plantas, en estructura y función son muy similares. Sin embargo, mientras por ejemplo las células de la mucosa bucal viven solo unos pocos días y se reemplazan constantemente, la mayoría de las células nerviosas acompañan toda nuestra vida y pueden tener 80 o 90 años. "Cuando las células mueren, generalmente inician un programa específico, que los expertos llaman apoptosis", dice el profesor Dr. Johannes Herrmann, quien dirige el área de biología celular en la Universidad Técnica de Kaiserslautern (TUK).

Este programa de "suicidio" asegura que las células en proceso de muerte no tengan efectos dañinos para todo el organismo. "Desde hace tiempo se sabe que las células que deben ceder su lugar en el desarrollo embrionario son eliminadas mediante apoptosis", continúa. Sin embargo, se entiende poco sobre por qué organismos unicelulares como las levaduras también tienen un programa similar, que en gran medida se asemeja al de humanos y animales. Los unicelulares no tienen desarrollo embrionario ni reestructuración de tejidos.

SreeDivya Saladi y Felix Boos, que investigan en el equipo de Herrmann, han encontrado una explicación para la importancia fundamental de la muerte celular. Boos, quien estudió matemáticas y biología en Kaiserslautern antes de su doctorado, se dedicó como investigador a la vida útil de proteínas en células de levadura de panadero. "Utilizamos este organismo unicelular como modelo de prueba", dice el doctorando, "porque es muy similar a las células humanas en muchas propiedades".

Boos utilizó un nuevo método que permite medir simultáneamente la vida útil de cientos de proteínas. Se emplea la espectrometría de masas, que permite identificar proteínas con precisión, similar a una huella dactilar que solo corresponde a una persona. Su enfoque principal son las proteínas de las mitocondrias, las "centrales eléctricas" de nuestras células. "La ciencia sabe bastante sobre cómo se producen, pero muy poco sobre cómo se descomponen", dice Boos. En su análisis, observó que las proteínas se degradaban de manera bastante lenta y uniforme. Sin embargo, había algunas excepciones. Sobre todo, una proteína llamó su atención. "La proteína Nde1 se degrada muy rápidamente", continúa. "Aparentemente, una gran parte de ella se elimina poco después de su formación. Queríamos entender qué hay detrás de esta vida útil tan corta".

Su colega SreeDivya Saladi continuó con estos trabajos. La investigadora descubrió que la proteína, además de una función conocida, tiene otra. "Es una enzima importante para la respiración", dice. "Pero también puede iniciar la muerte celular". La científica investigó por qué resulta tóxica para la célula. Se descubrió que existe en dos formas. "En células sanas, principalmente funciona como enzima", explica. Sin embargo, en células donde las mitocondrias no funcionan correctamente, la historia es diferente. "Aquí hay una segunda variante. Estas proteínas no están en el interior de las mitocondrias como en la versión sana, sino en su superficie", dice. En células sanas, esta variante en la superficie se degrada rápidamente. "Eso también explica la alta tasa de degradación de la proteína", añade Boos. "Pero en células defectuosas, esto no sucede. Se acumulan, lo que lleva a la muerte de la célula", continúa Saladi.

"La evolución ha desarrollado un mecanismo de selección sofisticado, que asegura que las células con defectos sean eliminadas intencionadamente", resume Herrmann. Esto es importante en organismos unicelulares, por ejemplo, cuando las células crecen por fermentación. "Muchas funciones de las mitocondrias no son necesarias en estos casos", explica el profesor. "Las células menos aptas, peor adaptadas a las condiciones, son eliminadas. Esto también explica por qué los organismos unicelulares utilizan la apoptosis".

En animales y humanos también existe una proteína similar. "Desde hace tiempo se sabe que puede desencadenar la muerte celular en humanos", dice el profesor de Kaiserslautern. Hasta ahora, no estaba claro en qué condiciones y con qué propósito sucede esto. Se necesita más investigación para determinar si el mecanismo descrito funciona igual en humanos. Sin embargo, las similitudes entre los tipos de células son muy grandes, "por lo que sospechamos que hemos descubierto una nueva función general de la apoptosis, que selecciona las células según su función", afirma Herrmann.

La investigadora SreeDivya Saladi trabajó durante tres años en el grupo del profesor Herrmann. Actualmente, ha regresado a la India para seguir investigando el papel de las mitocondrias.

El estudio fue publicado en la prestigiosa revista "Molecular Cell": "La NADH deshidrogenasa Nde1 ejecuta la muerte celular tras integrar señales del metabolismo y la proteostasis en la superficie mitocondrial"
DOI: https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019.09.027

Responder preguntas:

Felix Boos
Área de Biología Celular
Correo electrónico: fboos[at]rhrk.uni-kl.de
Tel.: 0631 205-2409

Prof. Dr. Johannes Herrmann
Área de Biología Celular
Correo electrónico: hannes.herrmann[at]biologie.uni-kl.de
Tel.: 0631 205-2406