El sistema de transporte de las células

Cada una de las células que integran los organismos vivos complejos cumple funciones que suponen un alto grado de coordinación. Esas células no son contenedores de sustancias químicas distribuidas de manera caótica en una suerte de caldo informe sino que, en su interior, es posible identificar múltiples espacios delimitados por membranas fluidas, como la delgada capa grasa que envuelve una pompa de jabón. El transporte entre esos diversos compartimentos está a cargo de vesículas: algunas se desplazan en el interior de las células, otras llevan distintas moléculas como hormonas o transmisores nerviosos hacia el exterior o permiten incorporar sustancias desde el entorno que rodea a las células. ¿Cómo se realiza este movimiento de manera específica, es decir, hacia el sitio apropiado en el momento oportuno? ¿Cómo "saben" las vesículas cuál es su destino, dónde y cuándo liberar su contenido? Los trabajos de los científicos que acaban de recibir el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2013 han contribuido de manera decisiva a nuestra comprensión de los complejos mecanismos que regulan el tráfico de las vesículas intracelulares. Como señaló la Asamblea del Instituto Karolinska de Suecia que concede el premio, este proceso constituye "un importante sistema de transporte en nuestras células".

En síntesis, Randy Schekman descubrió un conjunto de genes que resultan imprescindibles para el normal tráfico de las vesículas; James Rothman identificó la maquinaria proteica que permite que ellas reconozcan y se fusionen con el sitio al que están destinadas para liberar allí su carga, y Thomas Südhof describió los mecanismos mediante los que las señales indican a las vesículas cuándo liberar su contenido de manera precisa. Las alteraciones de estos complejos procesos pueden producir trastornos neurológicos, endocrinos o inmunológicos.

En la década del 70, Schekman se interesó por conocer el modo en que las células organizan su sistema de transporte y decidió estudiar las bases genéticas de este mecanismo, para lo que eligió la levadura como modelo experimental. Pensaba que se trataba de un mecanismo básico que debería haberse conservado durante la evolución, por lo que sus resultados arrojarían luz sobre lo que sucede en las células de los mamíferos. Logró identificar levaduras con un mecanismo de transporte defectuoso que se manifestaba en una congestión del tráfico intracelular de vesículas. Estas se agrupaban en ciertas partes de la célula respondiendo a una causa genética. Identificó varios grupos de genes mutados que controlan las diferentes etapas del sistema de transporte celular.

A su vez, James Rothman –quien nació en los EE.UU. en 1947 y trabajó en prestigiosas instituciones de ese país hasta llegar en 2008 a la Universidad de Yale– estudió también el transporte de vesículas dentro de las células de mamíferos en las décadas de 1980 y 1990. Descubrió un complejo de proteínas que permiten que las vesículas reconozcan, se asocien y, finalmente, se fusionen con las membranas hacia las que están dirigidas. El proceso de reconocimiento está a cargo de varias proteínas presentes en el exterior de las vesículas y de las membranas que encajan entre sí de manera perfecta. El hecho de que existan muchas de esas proteínas que sólo se reconocen entre sí de modo altamente específico, garantiza que la carga se dirija hacia su destino preciso. Éste puede ser un compartimento dentro de la célula o su cubierta externa en el caso de que el contenido de la vesícula esté destinado a la exportación.

Tal como había supuesto Schekman –nacido en 1948 en los EE.UU. y, desde 1976, profesor en la Universidad de California en Berkeley–, algunos de los genes que en su momento identificó en la levadura son similares a los que Rothman descubrió luego en mamíferos, lo que confirmó que el sistema de transporte dentro de las células reconoce un origen evolutivo muy antiguo.

¿Mediante qué mecanismo la señal desencadena la fusión de las vesículas cuando llegan a destino? Aquí entra en escena Thomas Südhof, interesado en descubrir el modo en que las células nerviosas se comunican entre sí. Las señales que permiten hacerlo, los neurotransmisores, son liberados desde el interior de vesículas que se fusionan con la membrana externa de las células nerviosas mediante el mecanismo descripto por Rothman y Schekman. Pero estas vesículas, cuya existencia fue descripta en la década del 50 por el científico argentino Eduardo De Robertis, sólo liberan su contenido cuando las células nerviosas reciben la señal apropiada de sus vecinas.

Si bien se sabía que los iones de calcio eran esenciales para este proceso, Südhof investigó la presencia de proteínas sensibles al calcio en estas células. Este científico –nacido en Alemania en 1955 y, desde 2008, profesor de la Universidad de Stanford, en EE.UU.– logró identificar la compleja maquinaria proteica que responde a la entrada de los iones calcio haciendo que las proteínas vecinas se fijen velozmente a las membranas de las vesículas produciendo su fusión y la liberación de su contenido.

Entre otras muchas distinciones, los tres galardonados habían recibido ya –Rothman y Schekman, en 2002, y Südhof este mismo año– el Premio Lasker, considerado la antesala del Nobel. Refiriéndose a los dos primeros, el también premio Nobel James Brown señaló: "Cuando comenzaron a trabajar reunían los tres atributos del éxito: formación, medio ambiente propicio y juventud". Todos los distinguidos se formaron con científicos que a su vez habían recibido el Premio Nobel, lo que señala la importancia de la calidad de su educación.

Como también lo destaca Brown, "las implicancias de sus trabajos son amplias y profundas. Nos proporcionan el libro de instrucciones en base al que se ensamblan las células. Nos indican cómo se organizan sus componentes. Nos enseñan cómo las células sintetizan y segregan proteínas que dirigen nuestro metabolismo, como la insulina y la hormona de crecimiento. Cómo las células nerviosas descargan los transmisores químicos que participan en el pensamiento, los sentimientos y el movimiento. Cómo ciertos defectos genéticos en el armado de las proteínas causan enfermedades humanas como la fibrosis quística y los ataques cardíacos debidos a la hipercolesterolemia. En realidad, ya no podemos imaginar ninguna célula, normal o enferma sin pensar en los procesos fundamentales que descubrieron estos científicos."

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