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Un estudio del IRB Barcelona aporta luz sobre los cúmulos dinámicos de proteínas, que se comportan como “gotas de aceite en agua”, y que se describen como orgánulos sin membrana del citoplasma.
Dichos orgánulos controlan la actividad de proteínas durante la división celular.
Es el primer estudio del centro sobre las denominadas “liquid-like droplets” que hoy acaparan el interés de científicos en todo el mundo.
Las “liquid-like droplets” (gotas líquidas) son acumulaciones muy dinámicas y sin estructura aparente de proteínas en el citoplasma celular que en los últimos dos años están acaparando protagonismo por sus funciones esenciales de la célula y su relación con diversas patologías. Aunque observadas desde hace tiempo –ya Ramón y Cajal las había percibido-, el boom investigador es tan reciente como el nombre finalmente adoptado para referirse a ellas. La curiosidad de los científicos reside en qué ahora se sabe que estas agrupaciones de proteínas, que se asemejarían en apariencia y comportamiento a gotas de aceite en “el medio aquoso” del citoplasma celular, son relevantes para la función y regulación de las células. Tanto es así que de hecho se las describe como orgánulos celulares sin membrana.
Un estudio del IRB Barcelona publicado en eLife, liderado por el investigador ICREA Raúl Méndez y en colaboración con Xavier Salvatella, también en el mismo centro, aporta uno de los ejemplos más detallados de cómo se regula la dinámica de las “liquid like droplets”, formadas en este caso por CPEB4, durante el ciclo celular.
Las CPEB4 son proteínas de unión a ARN y su función en el citoplasma es activar o reprimir la traducción de ARN mensajeros a proteínas. Trabajos previos del grupo definieron cómo la CPEB4 controla el momento en el que se expresan reguladores de la división celular.
Entre las características de la CPEB4 se distingue el hecho de que tiene partes desestructuradas, es decir que hay regiones de la proteína que permanecen desplegadas, y que son las que median la formación de las “liquid like droplets” y su regulación durante la división celular.
Jordina Guillén-Boixet, doctorada en el laboratorio de Méndez con este trabajo y que viajará en breve a un laboratorio Max Planck en Alemania para seguir estudiando las “liquid-like droplets” en su postdoctorado, ha dedicado los últimos siete años a investigar a fondo la mecánica de las CPEB4. Estas proteínas están implicadas en muchas funciones celulares y están también relacionadas con enfermedades neurodegenerativas o el cáncer.
Guillén-Boixet observó que a través de sus partes desordenadas, las CPEB4 se reconocen entre ellas y se unen formando estas estructuras de gotitas, llevándose los ARN mensajeros para ocultarlos de los ribosomas y evitando su traducción a proteína. La versatilidad y dinamismo de agruparse de este modo, permite asimismo desmantelarlas fácilmente cuando la célula requiere traducir los ARN a proteína.
El equipo de Méndez ha descrito con precisión molecular cómo se forman y se descomponen las “gotas” de CPEB4 y las quinasas que intervienen en la fosforilización de las proteínas para descomponer la agrupación y liberar el ARN mensajero.
Además de entender cómo se regula la CPEB4 durante el ciclo celular, el trabajo refuerza dos ideas en relación a las “liquid-like droplets” , con el potencial de regular la función de proteínas (y ARN mensajeros) “que anteriormente se creían dispersos en el citoplasma ”, apunta Méndez.
Como primera idea fuerza, los investigadores creen que, probablemente, la gran mayoría de proteínas de unión a ARN forman estos mismos orgánulos. “Es el primer trabajo donde se caracteriza cómo se regula este proceso durante el ciclo celular para una proteína que une y controla la traducción de una familia de ARN mensajeros y abrimos la vía a verificarlo con las demás”, indica.
La otra idea fuerza es que solamente las proteínas desordenadas o las regiones desordenadas pueden formar gotas de proteínas.
De hecho, una buena parte de las proteínas del ser humano tienen regiones desordenadas. “La evolución ha seleccionado las regiones desordenadas probablemente porque confieren dinamismo y versatilidad a las proteínas, mayor rapidez en hacer y deshacer interacciones, lo que supone una ventaja para la transmisión de señales”, explica Xavier Salvatella, investigador ICREA del IRB Barcelona especialista en biofísica molecular y proteínas desordenadas.
“En el citoplasma estas proteínas no están flotando libremente, están de algún modo agrupadas formando compartimentos, en una especie de orden para cumplir funciones celulares, por eso la descripción cada vez más precisa de estos orgánulos sin membrana tiene tanta trascendencia para la biología”, añaden.
Los investigadores del IRB Barcelona se suman al estudio de las “liquid-like droplets” y aportan valor al campo con la publicación de este primer resultado en una revista de prestigio como eLife. Además, tanto Raúl Méndez como Xavier Salvatella están ya estudiando cómo errores en la formación de estos orgánulos pueden estar detrás de la aparición de enfermedades.
Artículo de referencia:
Jordina Guillén-Boixet, Víctor Buzón, Xavier Salvatella and Raúl Méndez
CEPB4 is regulated during cell cycle by ERK2/Cdk1-mediated phosphorylation and its assembly into liquid-like droplets
eLife (2016) DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.19298
IRB Barcelona
El Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) trabaja para conseguir una vida libre de enfermedades. Desarrolla una investigación multidisciplinar de excelencia para curar el cáncer y otras enfermedades vinculadas al envejecimiento. Establece colaboraciones con la industria farmacéutica y los principales hospitales para hacer llegar los resultados de la investigación a la sociedad, a través de la transferencia de tecnología, y realiza diferentes iniciativas de divulgación científica para mantener un diálogo abierto con la ciudadanía. El IRB Barcelona es un centro internacional que acoge alrededor de 400 científicos de más de 30 nacionalidades. Reconocido como Centro de Excelencia Severo Ochoa desde 2011, es un centro CERCA y miembro del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST).
