image: Los cloroplastos con agregaciones de proteínas mal plegadas mandan una señal de auxilio al núcleo de la célula, encendiendo un interruptor molecular en el DNA que activará la síntesis de chaperonas. view more
Credit: Ernesto Llamas
Distintas enfermedades humanas del sistema nervioso, como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), la corea de Huntington, el síndrome de Parkinson, o la enfermedad de Alzheimer, están asociadas a un mismo trastorno básico: la pérdida de la capacidad de las células nerviosas para plegar correctamente sus proteínas, lo que provoca su agregación para formar grumos de proteína que acaban generando la muerte de las células.
Las plantas, como los animales, también usan proteínas para llevar a cabo las funciones que las mantienen vivas. La composición de las proteínas está determinada por la información presente en el DNA de la célula, pero para ejercer su función biológica las proteínas deben también plegarse tridimensionalmente. Si una proteína no se pliega correctamente no será capaz de cumplir su función. Las situaciones de estrés, como un aumento súbito de la temperatura, provocan fallos en el plegamiento, generándose así proteínas mal plegadas que han de eliminarse o repararse ya que, de lo contrario, pueden agruparse y formar agregados tóxicos.
Los cloroplastos son los compartimentos donde tiene lugar la fotosíntesis en las células vegetales. Además, son los encargados de producir muchos de los nutrientes que permiten el crecimiento de las plantas y de los animales que las ingieren. El trabajo corre a cargo de proteínas, algunas de las cuales son muy propensas a plegarse mal y agregarse, perdiendo así su función.
Un equipo de científicos liderados por Manuel Rodríguez-Concepción, investigador del CSIC en el Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG), ha demostrado que en condiciones normales los cloroplastos se deshacen de estas proteínas defectuosas degradándolas mediante una maquinaria molecular denominada proteasa Clp. Sin embargo, cuando la acumulación de proteínas agregadas supera la capacidad de la proteasa Clp para eliminarlas, los cloroplastos generan una señal de auxilio que viaja hasta el núcleo de la célula para activar la producción de unas proteínas reparadoras denominadas chaperonas. Las chaperonas, a su vez, son trasportadas a los cloroplastos para deshacer los grumos de proteína y desplegar las proteínas desagregadas, favoreciendo que puedan volver a plegarse de manera correcta y recuperar así su función en unas pocas horas. Estos mecanismos son similares a los que funcionan en nuestras células nerviosas cuando se producen proteínas mal plegadas en las mitocondrias.
La investigación, realizada con la planta modelo Arabidopsis thaliana y publicada en la revista PLOS Genetics, ha descubierto un gen clave (el HsfA2) para activar la síntesis de chaperonas y así rescatar a la célula de los efectos tóxicos producidos por las acumulaciones de proteínas mal plegadas. La ruta de señalización que va desde los cloroplastos al núcleo enciende un interruptor molecular denominado HsfA2. Este gen interruptor también se activa cuando un golpe de calor provoca problemas de plegamiento de proteínas en otros compartimentos celulares, explica Ernesto Llamas, primer firmante del trabajo.
Según Pablo Pulido, el tercer componente del equipo responsable de esta investigación, conocer cómo las plantas responden al desafío que supone que algunas de sus proteínas pierdan su estructura y función original, convirtiéndose en potencialmente peligrosas, es fundamental para lograr una mejor adaptación de los cultivos a condiciones ambientales adversas. Este desafío es particularmente relevante en el actual contexto de cambio climático.
La investigación realizada en el CRAG también podría ayudar a entender mejor cómo se inician, se propagan, y se agravan las enfermedades del sistema nervioso asociadas a un incorrecto plegamiento de proteínas. La investigación básica, es decir, aquella que aborda los procesos del funcionamiento básico de los seres vivos, constituye la base sobre la que se apoya la investigación aplicada, afirma Rodríguez-Concepción. En este sentido, el resultado de sus investigaciones con plantas podría llegar a transferirse a nuevos métodos universales para corregir el plegamiento erróneo de las proteínas e impactar así en la búsqueda de soluciones para enfermedades degenerativas que, a día de hoy, permanecen incurables.
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Sobre el Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG)
El Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG) es un centro que forma parte del sistema CERCA de la Generalitat de Cataluña, y que se estableció como consorcio de cuatro instituciones: el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), el Instituto de Investigación y Tecnología Agroalimentarias (IRTA), la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) y la Universidad de Barcelona (UB). La investigación del CRAG se extiende desde la investigación básica en biología molecular de plantas y animales de granja, a las aplicaciones de técnicas moleculares para el cultivo de especies importantes en la agricultura y la producción de alimentos en estrecha colaboración con la industria. El CRAG ha sido reconocido como "Centro de Excelencia Severo Ochoa 2016-2019" por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad.
Journal
PLOS Genetics