El papel defensivo de los adipocitos.

Comenzamos Ciencia Fresca esta semana con la noticia de una nueva e importante función para las células tal vez menos apreciadas de nuestro cuerpo: los adipocitos. Como sabemos, los adipocitos son las células encargadas de almacenar en forma de grasa el exceso de calorías que podemos ingerir en la dieta, particularmente durante las fiestas navideñas y otros fastos. En los países desarrollados, millones de personas libran una dura batalla diaria contra la proliferación excesiva de estas células adiposas, por lo que conocer ahora que pueden ejercer un papel beneficioso no relacionado con su función almacenadora de grasa es muy interesante.

Esta nueva función, sin embargo, parece ser ejercida solo por los adipocitos de la piel. Resulta que la piel es el principal órgano defensivo de nuestro cuerpo, al impedir la entrada de numerosos microorganismos que, afortunadamente, no pueden penetrarla en condiciones normales. La rotura de la piel, por quemaduras o heridas, destruye esta barrera y puede dar lugar a la generación de infecciones. Si esto sucede, células residentes en la dermis, la capa situada justo debajo de la epidermis, o capa externa de la piel, se activan para presentar batalla a las bacterias que han penetrado. Estas células de la dermis son de varios tipos, que incluyen los fibroblastos, los fagocitos, los linfocitos, las células dendríticas (células centinela) y también, sí, los adipocitos de la grasa epitelial. Es conocido que algunas de estas células producen péptidos (pequeñas proteínas) antimicrobianos. Estos péptidos antimicrobianos funcionan como potentes antibióticos, y son capaces de eliminar a bacterias de una amplia variedad de especies, tanto Gram negativas como Gram positivas.

De los adipocitos de la piel era conocido su capacidad para generar una hormona particular del sistema inmune, la denominada interleucina 6, la cual estimula la producción de una proteína, la hepcidina, que captura al hierro e impide que las bacterias lo capten, lo que bloquea su crecimiento. De la lucha de las bacterias por el hierro ya hemos hablado en otro programa (http://cienciaes.com/cienciafresca/2014/12/15/rosetta-metano-hierro/).

Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad de California, dirigidos por el Dr. Richard Gallo, estudian en mayor profundidad el papel que los adipocitos de la dermis pueden desempeñar en el control de las infecciones. Para ello, utilizan a ratones de laboratorio a los que infectan directamente en la dermis, mediante inyección, con la bacteria Staphylococcus aureus, y más concretamente con una variedad de esta bacteria que es resistente a los antibióticos y causa por ello muchas muertes en seres humanos.

Como se esperaba, la infección con esta bacteria resultó en que en el sitio de infección se acumularon células del sistema inmune para luchar contra ella, pero además se produjo una inesperada proliferación de adipocitos. Cuando los investigadores bloquearon esta proliferación por medios genéticos o farmacológicos, la infección bacteriana progresó.

Ante estos hallazgos, los investigadores decidieron analizar si los adipocitos que habían proliferado en el lugar de la infección eran capaces de generar péptidos antimicrobianos. Encuentran que, en efecto, esto es lo que sucede. En concreto, los adipocitos del lugar de la infección pueden producir el péptido antimicrobiano denominado catelicidina. Para comprobar que esta producción era la responsable del papel protector de los adipocitos, los investigadores estudian si adipocitos de ratones que carecen del gen de la catelicidina ejercen o no una función protectora, y comprueban que no pueden ejercerla, por lo que el papel protector de los adipocitos es, en efecto, la producción de catelicidina.

Los investigadores no se detienen aquí y estudian si en situación de obesidad se genera una mayor o menor cantidad de catelicidina y si la susceptibilidad a infecciones bacterianas aumenta o disminuye. Encuentran que, como con tantas cosas, un exceso no resulta bueno y los animales obesos son más susceptibles a las infecciones que los de peso normal. Estos resultados, publicados en la revista Science, dejan abiertas nuevas cuestiones, como, por ejemplo, cómo son capaces los adipocitos de detectar las bacterias y de proliferar en respuesta a su presencia, así como por qué la obesidad no conduce a una mayor protección frente a las infecciones, sino a una mayor susceptibilidad a las mismas (1).

JWST, un gran telescopio para observar desde el espacio.

Pensar, diseñar y construir un gran telescopio es un reto impresionante y, si ese telescopio va a operar en el espacio exterior a la Tierra, el reto es más impresionante todavía. Una demostración de lo dicho son los desafíos que deberá superar un telescopio que promete ser el futuro sustituto del Hubble, el James Webb Space Telescope (JWST), que está siendo construido con el soporte de la NASA, ESA y la Agencia Espacial Canadiense.

Cuando esté en operación, en 2018, si todo sale como está previsto, JWST será el telescopio espacial más grande jamás construido. Daré algunos datos para que se hagan una idea: el espejo principal, es decir, aquel que recoge y concentra la luz procedente de los objetos a observar, tiene 6,5 metros de diámetro, un tamaño impresionante si lo comparamos con el espejo del Hubble que apenas llega a los 2,4 metros. Como la construcción de un único espejo de tales dimensiones es tecnológicamente impracticable, se ha dividido en 18 piezas hexagonales que se acoplan unas a otras como las celdas de un panal. Un espejo tan grande que debe operar en las condiciones extremas del espacio exterior tiene que superar varios retos antes de su lanzamiento. Uno de ellos, nada trivial, es el espacio disponible en el lanzador, un Ariane V ECA. Para lograr acoplarlo, se ha diseñado un sistema de plegado que, como una imagen vale más que mil palabras, la NASA ha facilitado un vídeo muy gráfico, les invito a verlo aquí.

El telescopio irá acoplado a un enorme y llamativo parasol que lo protegerá permanentemente de la luz del Astro Rey. La razón de tan enorme añadido –tiene una superficie semejante a una cancha de tenis- es que el JWST es un telescopio que trabajará en el infrarrojo cercano y en la parte roja y amarilla del visible. Un cuerpo moderadamente caliente emite en el infrarrojo y por lo tanto es vital mantener al telescopio a la sombra para evitar que la radiación solar lo caliente e interfiera en las observaciones. Tras el lanzamiento, el JWST será colocado en órbita alrededor de un lugar muy especial conocido como Punto Lagrange 2. Este punto está situado a 1,5 millones de kilómetros de distancia de la Tierra en el extremo de una línea imaginaria que una al Sol con nuestro planeta. El telescopio orbitará alrededor de ese punto, al mismo tiempo que se desplaza junto a la Tierra alrededor del Sol, orientado permanentemente de manera que el parasol le proteja de la radiación solar. Unos paneles solares acoplados al lado iluminado facilitarán alimentación y una entena permitirá la comunicación continua con la Tierra.

Para comprender qué podrá observar el JWST en el infrarrojo debemos cambiar nuestros conceptos cotidianos de distancia y de tiempo. Un instrumento astronómico no solamente mira lejos, además, mira hacia atrás en el tiempo. La luz viaja por el espacio vacío a una velocidad de 300.000 kilómetros cada segundo y por lo tanto, cuando llega a nosotros, nos ofrece la imagen del objeto como era en el momento de su emisión y no como es en la actualidad. Cuando se produjo el Big Bang, el espacio comenzó a expandirse y las galaxias que surgieron después se fueron alejando unas de otras a gran velocidad. Lo mismo que el sonido de un tren que se aleja se hace más grave para un observador en tierra, las frecuencias de luz visible procedente de las primitivas galaxias alejándose se hizo más baja, es decir, se desplazó hacia el rojo y al infrarrojo. Por esta razón, el JWST podrá observar la luz roja e infrarroja que viene de aquellas galaxias primitivas en formación. Lógicamente no hace falta observar al Universo lejano para encontrar objetos que brillen en el infrarrojo, basta con que un objeto esté moderadamente caliente, nosotros mismos somos un buen ejemplo, para que se convierta en emisor de infrarrojos. En el espacio existen multitud de fuentes que radian en el infrarrojo: objetos sólidos diversos que van desde motas de polvo interestelar hasta los planetas gigantes, estrellas frías, etc. La emisión es dependiente de la temperatura, y dependiendo del objeto, éste absorberá unas radiaciones y será transparente a otras. Los granos de polvo interestelar forman nubes extensas que absorben la luz visible y ocultan regiones enteras del universo a los telescopios ópticos, en cambio, esas nubes son transparentes al infrarrojo cercano. Un telescopio como el JWST podrá captar la radiación infrarroja procedente de esas regiones ocultas y revelar su contenido. (2)

Proteínas que ejercen el control de los ribosomas pueden añadir aminoácidos como lo hace el ARN

En las raras ocasiones que se producen, los descubrimientos que invalidan un conocimiento anterior tenido por dogma, o que al menos lo matizan, son siempre merecedores de atención. Es el caso de la última noticia de la que hablamos hoy, la cual invalida el dogma, hasta hoy tenido por cierto, de que los aminoácidos que componen las proteínas solo pueden añadirse durante la síntesis de las mismas siguiendo las instrucciones almacenadas en el ARN mensajero, un ácido nucleico que, a su vez, ha copiado el orden de sus letras a partir de un gen del ADN.

Para entender bien el alcance de la noticia, permítame que le recuerde que las proteínas son sintetizadas en unas factorías celulares especializadas para ello, llamadas ribosomas. Los ribosomas son máquinas moleculares muy complejas compuestas por dos subunidades que en los organismos eucariotas se denominan 60S y 40S, de acuerdo a su talla molecular. La subunidad 40S está formada por un ácido ribonucleico de 1.900 letras y 33 proteínas. La subunidad 60S está compuesta por tres ácidos ribonucleicos, de 120, 160 y 4.700 nucleótidos, respectivamente, y 46 proteínas.

La función del ribosoma es similar a la de una factoría de ensamblaje que debe unir piezas en un determinado orden para generar un producto final. En este caso, el producto final es una proteína y las piezas son los aminoácidos que la componen en un orden determinado. Para colocarlos en el orden preciso, el ribosoma captura una molécula de ARN mensajero y la va desplazando por su interior de manera que a cada tres letras introduce el aminoácido correspondiente del código genético. Por tanto, para que el ribosoma funcione adecuadamente, la cadena de ARN debe ir desplazándose de manera suave y no encallarse en el proceso, lo que no siempre sucede en los miles de ribosomas celulares.
Cuando el ARN mensajero se encalla en un ribosoma, este queda inutilizado para sintetizar cualquier proteína, por lo que debe ser reparado, como sucedería en no importa qué otra factoría. Para ello, la célula cuenta con un equipo de reparación y chequeo, que se ha dado en denominar el equipo de control de calidad ribosómico, o RQC (de sus siglas en inglés Ribosome Quality Control). Ya era conocido que el RQC cumple la misión de enviar a su degradación y reciclaje a las proteínas incompletas producidas en el ribosoma que se ha detenido. Esta función la cumplen dos de las cuatro proteínas que componen el RQC, pero la función de las otras dos, denominadas Rqc1p and Rqc2p, hasta ahora era desconocida, aunque posiblemente estaba relacionada con la capacidad de detectar a los ribosomas estropeados de entre la mayoría de ribosomas en funcionamiento.

Un grupo de investigadores de varias universidades de los Estados Unidos deciden estudiar cómo estas proteínas y el complejo RQC detectan a los ribosoma estropeados. Para ello, utilizan y mejoran una técnica denominada microscopía crío-electrónica, que consiste en realizar la observación en un microscopio electrónico a temperaturas muy bajas, normalmente las del nitrógeno líquido (-195,79ºC). Esta técnica tiene la ventaja de que no es necesario teñir las muestras o manipularlas para visualizarlas, lo que permite ver los orgánulos celulares e incluso las proteínas individuales en forma nativa y analizar su estructura tridimensional.

De esta manera, y mediante exhaustivos análisis bioquímicos subsiguientes, los autores descubren que la proteína Rqc2p, conservada en la evolución desde las levaduras al ser humano, antes de que la proteína incompleta sea enviada a reciclar, se une al ribosoma y une a esta proteína incompleta varios aminoácidos alanina o treonina, y solo a ellos de entre los otros 18 aminoácidos que existen, en cualquier orden, e independientemente de las instrucciones almacenadas en el ARN mensajero. Este descubrimiento, por tanto, invalida o al menos matiza, el dogma de que los aminoácidos solo pueden ser añadidos a las proteínas de acuerdo a las instrucciones contenidas en el ARN mensajero.

¿Para qué sirve este proceso? Los autores no lo saben todavía, pero especulan con que puede servir para marcar a la proteína incompleta como defectuosa y enviarla más eficazmente a su degradación, o para comprobar si el ribosoma funciona adecuadamente a pesar de todo y evitar así que el mismo ribosoma sea enviado a su degradación.

Como siempre que un proceso molecular es revelado por la ciencia, surgen las preguntas de qué tipo de enfermedades o patologías pueden surgir debido a su mal funcionamiento. Ciertas evidencias sugieren ya que fallos en este proceso pueden estar implicados en el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas, como la esclerosis lateral amiotrófica o la enfermedad de Alzheimer. Sin embargo, habrá que investigar mucho más para elucidar la importancia de este mecanismo (3).

(1). Dermal adipocytes protect against invasive Staphylococcus aureus skin infection. Ling-juan Zhang et al. Science (2015). 2 JANUARY 2015 • VOL 347 ISSUE 6217. Pp. 67-71.

(2) James Webb Space Telescope (JWST) NASA

(3). Rqc2p and 60S ribosomal subunits mediate mRNA-independent elongation of nascent chains. Peter S. Shen et al. (2015). 2 JANUARY 2015 • VOL 347 ISSUE 6217, pp 75-78.