Priones, gardián da memoria

2017/03/01 Agirre Ruiz de Arkaute, Aitziber - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Genetika
• Biokimika
• Biologia

Fai 30 anos era inimaxinable falar dun sistema orgánico infeccioso capaz de “reproducirse” sen ADN ou ARN. Todos os sistemas infecciosos tiñan estruturas xenéticas paira aumentar a infección e a proliferación de virus, os axentes infecciosos máis simples aínda coñecidos. Pero os priones demostraron que era posible: unhas proteínas simples encartadas equivocadamente eran capaces de contaxiar ás proteínas da contorna o seu encartado incorrecto. Por contacto, sen necesidade de reproducirse.

Conseguían alterar a forma tridimensional das proteínas funcionais que lles acompañaban, e ao tratarse dunha forma tridimensional xerada de carácter desengordable, os priones tendían a congregarse creando agregados cada vez máis grandes e dificultando os procesos celulares.

As enfermidades provocadas polos priones dispararon alarma desde o principio, na crise das vacas tolas, cando a comunidade científica quedou sen palabras ante esta nova forma de infección. O mero feito de ser priones era emocionante desde o punto de vista biolóxico, non se podía negar, pero ao mesmo tempo era terrorífico. Non sabían por onde abordar as infeccións provocadas polos priones. Ademais, observouse que poden estar na base de moitas enfermidades neurodegenerativas, como o alzheimer e o parkinson.

Con todo, despois de moitos estudos, a cara amable dos priones empezou a emerxer: priones non patógenas, creadoras de agregados e con tarefas específicas no noso corpo.

Memoria a longo prazo a mans dos priones

Hai un simple cambio de encartado detrás das capacidades dos priones.

Si fixámonos no cerebro, veremos mil millóns de neuronas, cada una con moitas sinapsis. Nestas sinapsis fíxase a memoria, grazas a elas gardamos químicamente os recordos. Francis Crick, un dos descubridores da estrutura do ADN, con todo, expresou fai 20 anos una preocupación: como é posible que os recordos permanezan moito máis tempo do que as proteínas permanecen nas células vivas? Se as proteínas das sinapsis duran dous meses, como se pode manter químicamente un recordo durante anos? Como se pode estabilizar una sinapsis paira sempre?

Crick previu a presenza dunha proteína que se agrega dalgunha maneira neste proceso. Ao ser agregado, non tería capacidade de movemento, e iso podería ser a maneira de estabilizar una determinada sinapsis.

Despois viron que nas sinapsis aparecían priones e comezaron a experimentar paira adestrar aos ratos para que atravesasen un labirinto unha e outra vez, ata que esa experiencia consolídese como un recordo a longo prazo. A través da enxeñaría xenética, silenciaron o xene do prión CPEB, típico das simapsis neuronais, e os resultados foron sorprendentes: dúas semanas despois da consolidación do recordo xa desaparecera.

O mesmo viron nas moscas de vinagre. Se una femia non mostra una posición de cópula respecto dun macho determinado, ese macho lembrarao e non volverá tentalo, aínda que pase moito tempo. Ao mutar a proteína Orb2 que actúa como prión, a partir dun só día, os recordos vólvense inestables; pasados tres días, desapareceron completamente. O macho tentará de novo cubrila.

A partir de aí han visto que os priones serven paira fortalecer e estabilizar as sinapsis neuronais, o que permite manter a memoria a longo prazo. Os priones parecen ideais paira este traballo. De feito, crean estruturas poliméricas moi estables no tempo e ademais o seu conversión é autosuficiente: cando un prión cambia o seu encartado, as proteínas circundantes seguirán cambiando automaticamente o seu encartado. Este proceso por contaxio de priones resolve o problema de Crick, xa que, máis aló do estímulo inicial da neurona, continuarán creando cadeas agregadas sen máis estímulos. Isto manterá constantemente a sinapsis e, por tanto, o recordo.

Pero non gardamos todos os recordos paira sempre. A neurona, cunha regulación estrita, separa os circuítos neuronais estabilizados e cales non. Cando recibe o pulso eléctrico, nunha complexa danza bioquímica que só se produce nesa sinapsis, activa o cambio de encartado e a activación do prión coa colocación dun grupo de fosfatos. A partir de aí, mentres se manteñan os agregados do prión, manteranse recordos a longo prazo. Eles son a base bioquímica da memoria.

Grazas á memoria da hibernación, as plantas lembran os invernos pasados e regulan o momento da floración. -

Iso si, a súa propia responsabilidade como sistema de memoria converte aos priones en axentes patógenos das neuronas e da memoria. Así podería entenderse a súa implicación nas enfermidades de Alzheimer e Parkinson.

Floración de plantas

Os mamíferos non somos os únicos que aproveitamos o traballo dos priones. Por exemplo, os xenéticos do Massachusetts Institute of Technology (MIT) atoparon nas plantas ao redor de 500 proteínas con características de priones. Moitos deles teñen funcións relacionadas co logro.

As plantas desenvolven a memoria paira dar resposta ás condicións da contorna. Rexistran dalgunha maneira secas, quecementos, arrefriados e axentes patógenos sufridos anteriormente. A memoria da hibernación, por exemplo, desenvólvese despois de sentir o frío durante moito tempo. Grazas a esta memoria, as plantas lembran os invernos que pasaron e regulan o momento da floración. Segundo os investigadores do MIT, os priones son esenciais paira rexistrar a longo prazo as condicións da contorna e regular o proceso de floración dos futuros. Dalgunha maneira, na descendencia tamén axudan a conservar a memoria do frío, de xeración en xeración, sen necesidade de implicar aos xenes. Grazas a eles, as plantas que aínda non sufriron frío teñen esta memoria. Segundo os investigadores do MIT, os priones proporcionaron a clave paira entender a memoria molecular baseada en proteínas.

Tamén as bacterias

Estudos recentes demostraron que as bacterias tamén teñen priones. Ed. -

Até agora, as bacterias eran as únicas que non mostraron signos de priones entre os seres vivos, pero os últimos estudos demostraron que tamén as bacterias téñenas. Analizáronse 60.000 xenomas bacterianos en busca de secuencias xenéticas similares aos priones dos fermentos e han visto que una secuencia de proteína chamada Rho podía ser un bo candidato. Así, comprobouse que a proteína Rho da bacteria Clostridium bolutilum inxéctase na bacteria Escherichia coli e compórtase como os priones.

O Rho é un compoñente que regula a expresión e a actividade de moitos xenes. Ao inxectar a versión normal da proteína Rho viron que silenciaba a actividade xenética de Escherichia coli e que ao inxectar a versión priónica moitos xenes activábanse. Á vista diso, os investigadores creen que no caso das bacterias, mediante a regulación dos xenes, os priones poden axudar a adaptarse aos cambios bruscos das condicións ambientais. Isto permitiría dar una resposta rápida ante cambios de condicións, como a presenza dun antibiótico.

Ademais, dado que os priones son hereditarios, cabe pensar que permitirán que as bacterias herdan estas características sen necesidade de mutacións xenéticas.

Pola súa presenza nas bacterias, os priones parecen estar moito máis estendidos na natureza do que se pensaba, e apareceron antes de que xurdisen os eucariotas, fai máis de 2.300 millóns de anos. Pero de onde veñen esas misteriosas proteínas?

Os priones nunca foron dos que pasan desapercibidos. Están afeitos dar sorpresas. Con todo, non sabemos que outras capacidades lles van a dar o seu carácter especial. Os investigadores aseguran que xa empezaron a entendelos e que van traer case necesariamente máis sorpresas.