Comprendendo o funcionamento das células mediante a análise de senllas proteicas

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

• Anatomia/Fisiologia
• Biokimika
• Medikuntza

As células son elementos básicos da vida, as unidades dos seres vivos: todos os seres vivos están constituídos por células. Por exemplo, dise que os seres humanos están formados por 70 billóns de células. Cada un cumpre funcións específicas no organismo, desenvolvendo miles de procesos diferentes que garanten a supervivencia do ser.

As células, na medida en que son tamén seres vivos, "nacen", crecen e morren; paira sobrevivir necesitan alimentarse e multiplícanse, entre outras cousas. Paira levar a cabo todas as funcións e sucesos prodúcense diferentes procesos dentro da célula. Por exemplo, mediante un complexo conxunto de reaccións chamadas metabolismo, as células obteñen a enerxía necesaria paira vivir. Seguindo co ciclo celular, prodúcese a proliferación e, finalmente, cando as células son demasiado antigas, morren a través do proceso denominado apoptosis.

A participación das proteínas en todos os procesos é imprescindible. As proteínas son moléculas coa actividade necesaria paira regular o funcionamento das células. Cada un dos episodios mencionados prodúcese mediante a regulación dun grupo de proteínas cuxa actividade é fundamental paira o desenvolvemento ordenado e eficaz dos procesos.

Pero as proteínas non desempeñan o seu traballo de forma illada, senón que organizan redes de interacción moi complexas entre proteínas denominadas pathway ou sendas. A información paira a produción de proteínas almacénase nunha molécula chamada ADN, organizada en unidades denominadas xenes. Os xenes actúan como moldes de proteínas e de cada un deles pódense producir un ou varios tipos de proteínas. O xenoma humano ten uns 25.000 xenes, polo que una célula humana pode producir miles de proteínas diferentes. Cada un deles disporá dunha serie de funcións específicas na célula que, como se indicou, organizaranse en redes de interacción denominadas carreiros.

Senllas de proteínas

Consideremos a regulación do ciclo celular como exemplo do funcionamento dunha senda. Como xa se indicou, o ciclo celular é un proceso que as células seguen paira duplicarse e é imprescindible paira a renovación celular dun organismo. Dentro da célula, e simplificando moito as cousas, hai proteínas que apostan polo ciclo celular e outras que se opoñen. Así, nun primeiro nivel de regulación, a familia de proteínas E2F favorece o ciclo celular. As proteínas da familia RB interferen na actividade das proteínas E2F, é dicir, actúan en contra do ciclo celular.

Nun seguinte nivel de regulación, as proteínas denominadas CDK inactivan as proteínas da familia RB, polo que favorecen o ciclo celular. Por outra banda, as proteínas denominadas CKI interferen na actividade dos CDK actuando contra o ciclo celular. Por tanto, neste nivel inclúense outros dous elementos, e as posibilidades de regulación do proceso diversifícanse.

A pesar de que a complexidade real é moito maior que a citada, este simple exemplo serve paira comprender as sendas que definen o destino da célula. As proteínas funcionan como un interruptor: En función da proteína que se acende" ou se apaga", pódese estimular tanto un efecto como o contrario dentro da célula. Para que este tipo de procesos sexan efectivos, una cousa é imprescindible: a precisión. Se a actividade dunha determinada proteína é maior ou menor do necesario, poden xurdir problemas que comprometan o correcto funcionamento da célula e que, se non se evitan a tempo, poden condicionar a supervivencia do organismo. Por tanto, estes procesos deben ser estudados e entendidos en profundidade paira comprender e combater os danos que se producen como consecuencia do seu mal funcionamento.

Ratos no laboratorio

Con este obxectivo desenvolvéronse os ratos knockout (KO ou -/-). Todas as células dun rato KO teñen interrompida a función dun xene de interese. Paira iso, debido ás técnicas de enxeñaría xenética, este xene é destruído a nivel embrionario. Deste xeito, a destrución do xene dá lugar a ratos adultos coa falta de proteínas que produce. A desaparición dunha proteína terá una consecuencia global: non só desaparecerá a súa actividade, senón que tamén cambiará a actividade das proteínas que regula. A análise destes cambios permite analizar en profundidade as funcións que desempeña esta proteína no organismo.

Neste traballo utilizáronse o rato E2F2 knockout (E2F2-/-). Estes ratos están destruídos polo xene E2F2, polo que tamén teñen suspendida a actividade da proteína E2F2. Aínda que nun principio desenvólvense con normalidade, co tempo sofren algúns problemas. O seu caracterización puxo de manifesto que o E2F2 é imprescindible paira o correcto funcionamento dos linfocitos T. Os linfocitos T son una parte importante do sistema de defensa do organismo e responden ante elementos alleos ao organismo destruíndoos.

Os linfocitos T sen E2F2 son moito máis sensibles que os linfocitos T con E2F2. Por iso, oponse ao propio organismo que deben defender. Como consecuencia diso, os ratos sofren unha grave síndrome, moi parecido ao Lupus Eritematoso Sistémico (LLES) dos humanos, e tras varios problemas morren antes que os ratos con actividade normal E2F2.

E2F2, por tanto, oponse á activación dos linfocitos T dos ratos, pero a que mecanismo responde? Paira ilustralo utilizouse neste traballo una aproximación proteómica. Proteoma define o conxunto de proteínas dunha célula en momentos e circunstancias concretas. A proteómica inclúe, por tanto, técnicas de caracterización e análises de grupos de proteínas.

Lendo a presenza de proteínas

Basicamente, neste traballo analizouse o contido en proteínas dos linfocitos T dos ratos, o que se realizou en dúas situacións diferentes: Cando a actividade E2F2 é normal (estado de control denominado WT) e non hai actividade E2F2 ( E2F2-/- ). Comparáronse os grupos de proteínas e identificáronse as proteínas que se modifican no caso da desaparición da actividade E2F2. Así, mediante a determinación das proteínas modificadas pódese analizar o mecanismo que segue E2F2 nos linfocitos T dos ratos.

Paira iso empregáronse técnicas de electroforesis bidimensional (2DE) e espectrometría de masas (MS). O 2DE é una técnica que garante a análise simultánea de miles de proteínas moi útil paira a comparación de proteomas. As proteínas distribúense formando manchas nun soporte de xel. En cada una das manchas distribuirase una única proteína e o volume das manchas é directamente proporcional á cantidade de proteínas almacenadas nela. Por tanto, comparando o volume das manchas pódense detectar variacións entre as proteínas analizadas.

Pero aínda que o 2DE di que mancha é diferente, non di cal é a proteína distribuída nesa mancha. Paira iso é imprescindible a espectrometría de masas (MS). Os espectrómetros de masas son aparellos capaces de determinar a masa de moléculas químicas con gran precisión. En base a este principio, e mediante procuras en bases de datos, identifícanse as proteínas distribuídas en manchas diferenciais.

Entre as proteínas modificadas ao desaparecer E2F2 atopáronse as proteínas COR1A, GRB2, ARHGDIA e PAK2 que participan nos carreiros de activación dos linfocitos T. É dicir, comprobouse que os linfocitos T sen E2F2, sen ningún estímulo, teñen preparada a maquinaria (proteínas) de activación. Esta conclusión correspóndese coa alta sensibilidade dos linfocitos E2F2-/-. O experimento serviunos paira identificar algúns dos interruptores que E2F2 "acende" ou "apaga" paira regular a activación de linfocitos T.

En resumo, os nosos resultados demostran que esta aproximación é útil paira comprender o mecanismo que segue o E2F2 e é un exemplo das investigacións que se poden utilizar paira introducirse no funcionamento da célula.

BIBLIOGRAFÍA