Comprendiendo el funcionamiento de las células mediante el análisis de sendas proteicas

2011/09/01 Azkargorta, Mikel - Biokimika eta Biologia Molekularreko Saila EHUko Zientzia eta Teknologia Fakultatea Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Anatomia/Fisiologia
• Biokimika
• Medikuntza

Las células son elementos básicos de la vida, las unidades de los seres vivos: todos los seres vivos están constituidos por células. Por ejemplo, se dice que los seres humanos están formados por 70 billones de células. Cada uno cumple funciones específicas en el organismo, desarrollando miles de procesos diferentes que garantizan la supervivencia del ser.

Las células, en la medida en que son también seres vivos, "nacen", crecen y mueren; para sobrevivir necesitan alimentarse y se multiplican, entre otras cosas. Para llevar a cabo todas las funciones y sucesos se producen diferentes procesos dentro de la célula. Por ejemplo, mediante un complejo conjunto de reacciones llamadas metabolismo, las células obtienen la energía necesaria para vivir. Siguiendo con el ciclo celular, se produce la proliferación y, finalmente, cuando las células son demasiado antiguas, mueren a través del proceso denominado apoptosis.

La participación de las proteínas en todos los procesos es imprescindible. Las proteínas son moléculas con la actividad necesaria para regular el funcionamiento de las células. Cada uno de los episodios mencionados se produce mediante la regulación de un grupo de proteínas cuya actividad es fundamental para el desarrollo ordenado y eficaz de los procesos.

Pero las proteínas no desempeñan su trabajo de forma aislada, sino que organizan redes de interacción muy complejas entre proteínas denominadas pathway o sendas. La información para la producción de proteínas se almacena en una molécula llamada ADN, organizada en unidades denominadas genes. Los genes actúan como moldes de proteínas y de cada uno de ellos se pueden producir uno o varios tipos de proteínas. El genoma humano tiene unos 25.000 genes, por lo que una célula humana puede producir miles de proteínas diferentes. Cada uno de ellos dispondrá de una serie de funciones específicas en la célula que, como se ha indicado, se organizarán en redes de interacción denominadas senderos.

Sendas de proteínas

Consideremos la regulación del ciclo celular como ejemplo del funcionamiento de una senda. Como ya se ha indicado, el ciclo celular es un proceso que las células siguen para duplicarse y es imprescindible para la renovación celular de un organismo. Dentro de la célula, y simplificando mucho las cosas, hay proteínas que apuestan por el ciclo celular y otras que se oponen. Así, en un primer nivel de regulación, la familia de proteínas E2F favorece el ciclo celular. Las proteínas de la familia RB interfieren en la actividad de las proteínas E2F, es decir, actúan en contra del ciclo celular.

En un siguiente nivel de regulación, las proteínas denominadas CDK inactivan las proteínas de la familia RB, por lo que favorecen el ciclo celular. Por otra parte, las proteínas denominadas CKI interfieren en la actividad de los CDK actuando contra el ciclo celular. Por tanto, en este nivel se incluyen otros dos elementos, y las posibilidades de regulación del proceso se diversifican.

A pesar de que la complejidad real es mucho mayor que la citada, este simple ejemplo sirve para comprender las sendas que definen el destino de la célula. Las proteínas funcionan como un interruptor: En función de la proteína que "se enciende" o "se apaga", se puede estimular tanto un efecto como el contrario dentro de la célula. Para que este tipo de procesos sean efectivos, una cosa es imprescindible: la precisión. Si la actividad de una determinada proteína es mayor o menor de lo necesario, pueden surgir problemas que comprometan el correcto funcionamiento de la célula y que, si no se evitan a tiempo, pueden condicionar la supervivencia del organismo. Por tanto, estos procesos deben ser estudiados y entendidos en profundidad para comprender y combatir los daños que se producen como consecuencia de su mal funcionamiento.

Ratones en el laboratorio

Con este objetivo se desarrollaron los ratones knockout (KO o -/-). Todas las células de un ratón KO tienen interrumpida la función de un gen de interés. Para ello, debido a las técnicas de ingeniería genética, este gen es destruido a nivel embrionario. De este modo, la destrucción del gen da lugar a ratones adultos con la falta de proteínas que produce. La desaparición de una proteína tendrá una consecuencia global: no sólo desaparecerá su actividad, sino que también cambiará la actividad de las proteínas que regula. El análisis de estos cambios permite analizar en profundidad las funciones que desempeña esta proteína en el organismo.

En este trabajo se han utilizado los ratón E2F2 knockout (E2F2-/-). Estos ratones están destruidos por el gen E2F2, por lo que también tienen suspendida la actividad de la proteína E2F2. Aunque en un principio se desarrollan con normalidad, con el tiempo sufren algunos problemas. Su caracterización puso de manifiesto que el E2F2 es imprescindible para el correcto funcionamiento de los linfocitos T. Los linfocitos T son una parte importante del sistema de defensa del organismo y responden ante elementos ajenos al organismo destruyéndolos.

Los linfocitos T sin E2F2 son mucho más sensibles que los linfocitos T con E2F2. Por ello, se oponen al propio organismo que deben defender. Como consecuencia de ello, los ratones sufren un grave síndrome, muy parecido al Lupus Eritematoso Sistémico (LES) de los humanos, y tras varios problemas mueren antes que los ratones con actividad normal E2F2.

E2F2, por lo tanto, se opone a la activación de los linfocitos T de los ratones, pero ¿a qué mecanismo responde? Para ilustrarlo se ha utilizado en este trabajo una aproximación proteómica. Proteoma define el conjunto de proteínas de una célula en momentos y circunstancias concretas. La proteómica incluye, por tanto, técnicas de caracterización y análisis de grupos de proteínas.

Leyendo la presencia de proteínas

Básicamente, en este trabajo se ha analizado el contenido en proteínas de los linfocitos T de los ratones, lo que se ha realizado en dos situaciones diferentes: Cuando la actividad E2F2 es normal (estado de control denominado WT) y no hay actividad E2F2 ( E2F2-/- ). Se han comparado los grupos de proteínas y se han identificado las proteínas que se modifican en el caso de la desaparición de la actividad E2F2. Así, mediante la determinación de las proteínas modificadas se puede analizar el mecanismo que sigue E2F2 en los linfocitos T de los ratones.

Para ello se emplearon técnicas de electroforesis bidimensional (2DE) y espectrometría de masas (MS). El 2DE es una técnica que garantiza el análisis simultáneo de miles de proteínas muy útil para la comparación de proteomas. Las proteínas se distribuyen formando manchas en un soporte de gel. En cada una de las manchas se distribuirá una única proteína y el volumen de las manchas es directamente proporcional a la cantidad de proteínas almacenadas en ella. Por tanto, comparando el volumen de las manchas se pueden detectar variaciones entre las proteínas analizadas.

Pero aunque el 2DE dice que mancha es diferente, no dice cuál es la proteína distribuida en esa mancha. Para ello es imprescindible la espectrometría de masas (MS). Los espectrómetros de masas son aparatos capaces de determinar la masa de moléculas químicas con gran precisión. En base a este principio, y mediante búsquedas en bases de datos, se identifican las proteínas distribuidas en manchas diferenciales.

Entre las proteínas modificadas al desaparecer E2F2 se encontraron las proteínas COR1A, GRB2, ARHGDIA y PAK2 que participan en los senderos de activación de los linfocitos T. Es decir, se comprobó que los linfocitos T sin E2F2, sin ningún estímulo, tienen preparada la maquinaria (proteínas) de activación. Esta conclusión se corresponde con la alta sensibilidad de los linfocitos E2F2-/-. El experimento nos ha servido para identificar algunos de los interruptores que E2F2 "enciende" o "apaga" para regular la activación de linfocitos T.

En resumen, nuestros resultados demuestran que esta aproximación es útil para comprender el mecanismo que sigue el E2F2 y es un ejemplo de las investigaciones que se pueden utilizar para introducirse en el funcionamiento de la célula.

BIBLIOGRAFÍA