Investigadores de Kaiserslautern y Saarbrücken encuentran relación entre el metabolismo celular y la división celular

Peroxiredoxina - Peróxido de hidrógeno (H2O2) - relevo de redox de tiol dependiente (ciclo redox de Prx) se acopla al ciclo metabólico de la levadura (YMC) para controlar la entrada/salida del ciclo celular (CDC). HOC = alto consumo de oxígeno, LOC = bajo consumo de oxígeno. (Dr. Prince Saforo Amponsah)

Muchos procesos biológicos están sujetos a cambios rítmicos. Ejemplos conocidos de esto son el llamado ritmo circadiano, una "reloj interno" con un período de aproximadamente 24 horas, o el ritmo ultradiano, que es algo más corto. A menudo, la división celular está vinculada a este ritmo. Científicos de Saarbrücken y Kaiserslautern han descubierto ahora que este ritmo y su acoplamiento con la división celular están estrechamente relacionados con el peróxido de hidrógeno. El estudio fue publicado en la prestigiosa revista especializada Nature Chemical Biology.

Los procesos en los seres vivos siguen, incluso a nivel molecular, una coreografía finamente orquestada. De gran importancia para estos procesos en el cuerpo son también ritmos estrictamente establecidos, a los que siguen ciertos ciclos. Por ejemplo, el ciclo circadiano de aproximadamente 24 horas, una especie de "reloj interno", desempeña un papel importante en los mecanismos de metabolismo y división celular en las células.

Investigadores de Saarbrücken y Kaiserslautern han examinado con más detalle un ciclo similar, el ciclo ultradiano, que es algo más corto, en la levadura de panadería. "Aún no se han investigado y aclarado todos los detalles de los mecanismos moleculares que controlan los ritmos circadianos", dice el Dr. Prince Saforo Amponsah, bioquímico del laboratorio de genómica molecular de la TUK y autor principal del trabajo. "Sin embargo, nuestra investigación es una parte importante para resolver este rompecabezas."

Dirigidos por Bruce Morgan, profesor de bioquímica en la Universidad de Saarland, los expertos investigaron qué sucede en el organismo modelo de la levadura de panadería cuando se modifica específicamente el metabolismo de las células. Hasta ahora se sabía que los procesos metabólicos y los ciclos de división celular en células sanas a menudo ocurren en sincronía con estos ritmos. Lo que aún no se había respondido era si los cambios rítmicos en el metabolismo son la causa o la consecuencia de la división celular.

Con la ayuda de sensores fluorescentes innovadores, los científicos pudieron observar cambios rítmicos en los niveles de peróxido de hidrógeno. Durante mucho tiempo, el peróxido de hidrógeno fue conocido más por estresar y dañar las células. "Estudiamos la proteína Peroxiredoxina y su reacción con ella, así como las consecuencias en el ciclo de división celular", explica Bruce Morgan. La proteína Peroxiredoxina reacciona de manera muy sensible al peróxido de hidrógeno, por lo que resulta especialmente adecuada para entender mejor el complejo mecanismo del "reloj interno" de las células.

Ahora, los científicos parecen haber podido responder a la pregunta de si un cambio en este ritmo es la causa o la consecuencia de un cambio en el metabolismo: "Pudimos comprobar que la conexión entre metabolismo y división celular se interrumpe cuando inactivamos la Peroxiredoxina en la levadura de panadería", explica el bioquímico Morgan, quien investigaba como profesor junior en la TUK antes de cambiarse recientemente a Saarland. La división celular entonces ocurre desacoplada del metabolismo de las células. Además, los investigadores pudieron controlar con precisión cuándo las células entran y salen del ciclo de división celular, mediante un control preciso de los ciclos metabólicos.

"Ahora podemos demostrar por primera vez que las peroxiredoxinas desempeñan un papel decisivo en la medición del tiempo celular, utilizando el peróxido de hidrógeno como combustible para cumplir su función como temporizadores", dice Amponsah, quien realizó la investigación para su doctorado en la TUK. "Esto es la culminación de aproximadamente cuatro años de trabajo duro y un año de revisión por pares. Realmente disfruté trabajar en este proyecto, porque ha generado muchas innovaciones y nuevos conocimientos."

Estos hallazgos fundamentales de los investigadores podrían ser importantes para entender mejor la división celular descontrolada en las células tumorales. Se sabe que la división celular en las células cancerosas a menudo está desacoplada del reloj circadiano. En el futuro, será muy interesante investigar si una regulación alterada del peróxido de hidrógeno está involucrada en esto.

También participaron en la investigación la profesora Zuzana Storchová, quien dirige el laboratorio de genómica molecular de la TUK, y el Dr. Galal Yahya Metwally, becario de la Fundación Alexander von Humboldt y científico invitado en su grupo de trabajo. "Esta colaboración demuestra cómo la combinación de diferentes enfoques aporta nuevos conocimientos a viejas preguntas", dice Storchová. "Esperamos que nuestro sistema modelo en futuras aplicaciones proporcione más información sobre cómo el ciclo celular está sincronizado con el ritmo del reloj metabólico."