Un equipo internacional en el que ha intervenido el Instituto Biofisika del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC-EHU) ha conseguido registrar casi fotograma a fotograma cómo las células organizan y expulsan al exterior diminutas vesículas que transportan en su interior compuestos esenciales para el organismo.
Los científicos han comprobado que un conjunto de siete proteínas se agrupa en un pequeño anillo flexible que aproxima la vesícula a la membrana celular mediante tres movimientos encadenados, hasta dejarla prácticamente adherida y facilitar así su fusión y la liberación de su carga al medio externo. A continuación, otra proteína desmantela con rapidez dicho anillo para que la célula pueda iniciar de inmediato un nuevo envío.
Según el CSIC, este avance, encabezado por la Universitat Pompeu Fabra y difundido en la revista Cell, ofrece una visión “completamente nueva y dinámica” de un mecanismo básico para la vida. Aunque ya se sabía que estas proteínas intervenían en el proceso, hasta ahora no se había podido observar con precisión cómo se ordenan ni cómo se transforman a lo largo de cada etapa.
Todas las células del cuerpo intercambian información de forma continua mediante vesículas, pequeños ‘paquetes’ esféricos que contienen hormonas, proteínas y otras señales imprescindibles para el correcto funcionamiento de tejidos y órganos. El nuevo trabajo demuestra que varias proteínas se ensamblan en forma de anillo flexible que contribuye a acercar estas vesículas a la superficie celular para que puedan vaciar su contenido.
“Lo que hemos visto es una coreografía altamente precisa: el anillo guía la vesícula, controla la distancia a la membrana y marca el ritmo del proceso. Contar con este nivel de detalle nos ayuda a entender mejor cómo se comunican las células y qué puede fallar en diferentes enfermedades”, ha explicado el investigador del CSIC Daniel Castaño-Díez, integrante del Instituto Biofisika.
TECNOLOGÍAS DE IMAGEN AVANZADA
Para reconstruir este mecanismo, el consorcio ha combinado distintas tecnologías de imagen de última generación. La microscopía de superresolución ha permitido seguir estructuras dentro de células vivas con un nivel de detalle extraordinario, mientras que la criotomografía electrónica ha congelado las células casi al instante para conservar su arquitectura natural y obtener reconstrucciones tridimensionales de altísima resolución.
“Combinando estas nuevas metodologías, hemos podido ver un proceso celular fundamental y vital que debido a su corta vida útil y su dinamismo la hacían muy difícil de capturar”, comenta Oriol Gallego, de la UPF.
Además, el uso de análisis computacional avanzado —en el que la aportación del Instituto Biofisika, a través del equipo formado por Raffaele Coray y Andrés Molina, ha sido decisiva— ha permitido integrar todos los datos obtenidos. Gracias a la combinación de estas aproximaciones, se ha podido observar cómo siete copias del conjunto de proteínas se ensamblan en forma de anillo alrededor de la vesícula y cómo este anillo va cambiando de forma a medida que la vesícula se aproxima a la membrana.
El estudio muestra que la aproximación de la vesícula no es continua, sino que se produce en tres fases sucesivas. En la primera, el anillo se organiza cuando la vesícula todavía se encuentra a cierta distancia; en la segunda, el anillo se expande y la vesícula se va acercando de manera progresiva; y, en la última, la vesícula alcanza la cercanía necesaria para fusionarse con la membrana y liberar su contenido. Tras la fusión, el anillo se desensambla para que sus componentes puedan reutilizarse en nuevas rondas de comunicación celular.
LLAVE DE REINICIO
El trabajo también aclara la función clave de una proteína denominada Sec18, que actúa como una especie de ‘llave de reinicio’. Esta molécula resulta imprescindible para deshacer el anillo una vez que la vesícula ha descargado su contenido. Cuando Sec18 no opera correctamente, el anillo permanece montado durante demasiado tiempo y la célula pierde eficacia a la hora de preparar nuevas vesículas, lo que ralentiza el flujo de comunicación celular.
Aunque los experimentos se han llevado a cabo en levaduras, los principios descritos son muy parecidos en organismos más complejos, incluidos los humanos. La maquinaria que impulsa y libera vesículas interviene en procesos tan relevantes como la secreción de insulina en el páncreas, la transmisión de señales entre neuronas o la liberación de sustancias que favorecen el crecimiento y la expansión de tumores.
Según el CSIC, comprender cómo funciona este anillo proteico y cómo se regula su desmontaje ayuda a sentar las bases para estudiar qué sucede cuando este mecanismo falla en patologías humanas.
Además del Instituto Biofisika (CSIC-EHU), en este amplio trabajo han colaborado los laboratorios dirigidos por Oriol Gallego (Universitat Pompeu Fabra), Carlo Manzo (Universitat de Vic - Universitat Central de Catalunya), Jonas Ries (Max Perutz Labs, Universidad de Viena) y Alex de Marco (New York Structural Biology Center), junto con otras instituciones como el EMBL Heidelberg y la Universitat de Barcelona.