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Quilo de Ciencia

El quilo, con “q” es el líquido formado en el duodeno (intestino delgado) por bilis, jugo pancreático y lípidos emulsionados resultado de la digestión de los alimentos ingeridos. En el podcast Quilo de Ciencia, realizado por el profesor Jorge Laborda, intentamos “digerir” para el oyente los kilos de ciencia que se generan cada semana y que se publican en las revistas especializadas de mayor impacto científico. Los temas son, por consiguiente variados, pero esperamos que siempre resulten interesantes, amenos, y, en todo caso, nunca indigestos.

Ministerio de Ciencia e Innovación

Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología

Universidad de Castilla - La Mancha

Degeneración neuronal y reciclaje molecular

Reciclaje molecular - Quilo de Ciencia podcast - Cinciaes.com
La Naturaleza inventó el reciclaje mucho antes que nosotros

Nuestra sociedad, bautizada de consumo por los propios ciudadanos consumidores (los cuales somos a menudo, ¡qué desgracia!, también consumidos por ella), necesita desembarazarse de manera eficaz de sus productos de deshecho. Una forma eficaz de conseguirlo es reciclarlos y transformarlos de nuevo en materias primas para su reutilización.

El reciclaje no es un invento humano; la Naturaleza lo inventó mucho antes que nosotros. De hecho, el reciclaje se originó en el interior de las primeras células que aparecieron sobre el planeta Tierra. Hoy, continúa siendo una actividad molecular fundamental para su supervivencia.

Al igual que nuestras sociedades modernas, las células poseen factorías de producción de las piezas necesarias para la maquinaria de la vida. Las más importantes y abundantes piezas de esta maquinaria son las proteínas, encargadas de conferirles su estructura celular y su funcionalidad vital.

Como sabemos, las proteínas están formadas por la unión en largas cadenas de los 20 aminoácidos naturales. Las cadenas se pliegan en el espacio a medida que se van formando, hasta alcanzar una estructura tridimensional que depende de qué aminoácidos las forman y del orden en que se unen. Es esta estructura la que les confiere una función particular. Por ejemplo, la molécula de hemoglobina del interior de los glóbulos rojos está formada por la unión de cuatro moléculas proteicas más pequeñas, plegadas de forma particular perfectamente adaptada para el transporte del oxígeno del pulmón a los tejidos.

Pero, al igual que los modernos electrodomésticos, las proteínas no son eternas. Tras un periodo de vida útil, se estropean, pierden su forma original y son ya incapaces de ejercer la función para la que fueron producidas. Si las proteínas inservibles no fueran eliminadas, pronto tendríamos una célula tan repleta de basura molecular que no podría seguir viviendo. De hecho, la acumulación excesiva de proteínas inservibles se ha visto asociada a enfermedades neurodegenerativas, como las de Alzheimer, Parkinson, o la enfermedad de las vacas locas, caracterizadas por la muerte neuronal.

Las célula necesitan, por consiguiente, deshacerse de su propia basura, reciclándola en la medida de lo posible, lo que resulta más económico que destruirla por completo. Para ello cuentan con un sistema especializado que se denomina proteasoma.

El proteasoma es un complejo molecular en forma de cilindro, formado por cuatro anillos empaquetados unos sobre otros. Cada anillo está formado por la unión de siete proteínas. Entre estas proteínas se encuentran varias enzimas, denominadas proteasas, que son las encargadas de fragmentar a las proteínas inservibles. Estas se introducen por uno de los extremos del cilindro y mientras lo atraviesan (como si de un tren de lavado de vehículos se tratara) las largas cadenas de aminoácidos que las forman son cortadas por las proteasas en fragmentos más pequeños, que salen por el otro extremo de dicho cilindro.

RECICLAJE MECÁNICO

Un problema que este mecanismo plantea es cómo impedir que las proteínas sanas penetren en el cilindro y sean también recicladas. Para evitarlo, el proteasoma posee otras proteínas que funcionan como una puerta molecular de entrada al cilindro. Esta puerta está normalmente cerrada, por lo que ninguna proteína, sana o no, puede penetrar, a menos que la proteína que se aproxime a la puerta posea una “llave” que la abra.

Evidentemente, es necesario darles la llave a las proteínas estropeadas, y no a las sanas. Para ello, existe otro mecanismo proteico, capaz de detectar a las proteínas defectuosas y unirles una pequeña molécula, otra proteína, llamada ubiquitina: es esta la llave de entrada al proteasoma.

En resumen, la maquinaria de reciclaje de proteínas consta de una especie de tren cilíndrico de reciclado automático, el proteasoma, al que las proteínas defectuosas penetran solo cuando llevan unida una molécula de ubiquitina, la llave de entrada. Los componentes de las proteínas recicladas pueden ser reutilizados para producir nuevas proteínas funcionales.

Como sucede siempre en ciencia, una vez conocido el funcionamiento de un proceso, podemos desarrollar una tecnología para intervenir sobre él y modificarlo, frenándolo o acelerándolo. En esta simple idea se basan muchas de las estrategias terapéuticas de la Medicina actual.

En el caso de las enfermedades neurodegenerativas producidas, al menos en parte, por la acumulación de proteínas inservibles, se ha intentado activar el proteasoma para estimular su reciclaje. Sin embargo, no estaba claro que fuera el mal funcionamiento del proteasoma lo que causara la acumulación de proteínas defectuosas. Tal vez estas se acumularan a pesar de que el proteasoma funcionara con normalidad.

Investigadores de la universidad de Stanford, en California, USA, estudian este tema en animales de laboratorio con neurodegeneración, causada por una mutación génica que origina acumulación de proteínas defectuosas. Los investigadores encuentran, sin embargo, que en este modelo de degeneración neuronal experimental sucede lo contrario de lo esperado. Es la inhibición y no la activación del proteasoma con diversos fármacos lo que resulta en una menor neurodegeneración. Estos estudios han sido publicados en la revista Science Translational Medicine.

Aunque las razones de este sorprendente fenómeno no están claras, descubrir un cuervo blanco es suficiente para invalidar la hipótesis de que todos los cuervos son negros. Esto es lo que han logrado estos investigadores con la hipótesis de que activar el proteasoma era beneficioso para evitar la neurodegeneración. En este sentido, el hallazgo supone un importante avance, puesto que ahora los científicos podrán dirigir su atención a estudiar otras hipótesis, quizá más prometedoras, para intentar evitarla.

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