Avance: científicos argentinos mapearon un proceso clave del desarrollo neuronal

Además, resolvieron un enigma de la biología celular; también se aplica al cáncer y al metabolismo
Además, resolvieron un enigma de la biología celular; también se aplica al cáncer y al metabolismo
Nora Bär
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6 de febrero de 2020  

Aunque no lo notemos, en esas pequeñas unidades de la vida que son las células se desarrolla una actividad frenética. Cada una tiene un conjunto de compartimentos que tienen que hablar entre sí y también con el exterior. El lenguaje que lo hace posible está compuesto por señales moleculares que los biólogos llaman "etiquetas". Son pequeñas moléculas que se pegan a las proteínas para transmitir información e indicarles si tienen que cambiar, encenderse, apagarse o moverse.

Varias de esas etiquetas son conocidas y se entiende perfectamente qué hacen, pero había una en particular, llamada Nedd8, cuya acción era materia de controversia. Ahora, después de una tarea hercúlea de ocho años, un equipo de investigadores argentinos liderado por Damián Refojo, del Laboratorio de Neurobiología Molecular del Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (Ibioba), y otro dirigido por Donald Kirkpatrick y Morgan Sheng, de la compañía biotecnológica Genentech, de los Estados Unidos, no solo aclararon el enigma de Nedd8 y catalogaron las proteínas a las que se pega, sino que además mostraron que es una pieza clave del engranaje celular que gobierna procesos concernientes al cáncer, el metabolismo y el desarrollo neuronal. El trabajo acaba de publicarse en Nature Structural and Molecular Biology.

"Las 'etiquetas' -explica Refojo- introducen cambios en la estructura y la función de las proteínas, para que ejerzan una nueva función o se muevan hacia otro compartimento de la célula". El científico se interesó por esta pequeña molécula hace varios años, mientras trabajaba en un instituto de la Sociedad Max Planck en Alemania. En esos primeros experimentos, vio que cuando la inactivaba se frenaba completamente el desarrollo neuronal.

"Era muy raro -comenta-, porque lo que se conocía hasta ese momento era que Nedd8 era necesaria para que cumplieran su función una serie de proteínas que se llaman Cullinas, que regulan la duplicación de las células que están en proliferación. Pero las neuronas son células que no se duplican... ¿Cómo podía ser que una molécula que supuestamente controla la proliferación celular tuviera una función tan importante en una neurona, que nunca se duplica?".

A partir de ese misterio, decidió tratar de entender cuál era el mecanismo molecular que lo hacía posible. Distintas investigaciones llevaron a la conclusión de que Nedd8 tenía que tener cientos de moléculas blanco a las que se pegaba y cuya función y estructura debía modificar. "Pero no sabíamos cuáles eran -explica-. De hecho, hay todavía una gran controversia, porque la mayoría considera que Nedd8 solo se adhiere a un grupo de siete enzimas que se llaman Cullinas".

Molécula enigmática

El problema era que no había una tecnología suficientemente sensible como para poder detectar proteínas que estuvieran unidas a Nedd8.

Para salvar ese obstáculo, Refojo y su equipo desarrollaron una variante de la espectrometría de masa que permite detectar fragmentos ínfimos de proteínas que están modificadas por estas moléculas "etiquetas". Gracias a este desarrollo, pudieron identificar centenares de proteínas (exactamente, 340) que se pegan a Nedd8 e identificar el lugar exacto, los aminoácidos específicos a los que se adhiere.

"Además de resolver la controversia, esto abre un nuevo campo de estudio, que puede aplicarse en tres áreas -destaca el científico-. Una es el cáncer, porque se sabe que la 'neddilación' controla la proliferación celular. De hecho, en los Estados Unidos ya hay una empresa que desarrolló un inhibidor específico de esta vía de señalización intracelular que es bastante útil para el bloqueo de algunos tumores; en principio, para cánceres sanguíneos, linfomas y leucemias. Otra área es el metabolismo. Por ejemplo, en estudios todavía no publicados estamos analizando esta vía en la obesidad: sabemos que cumple un rol en cómo se almacena la grasa y cómo se queman las calorías. Y otra en la que este proceso cumple un rol muy importante es el desarrollo del sistema nervioso central. Es fundamental que esta vía esté intacta, porque si no, las neuronas son incapaces de establecer los contactos sinápticos necesarios para el correcto cableado del cerebro".

Prueba de concepto

Después de catalogar todas las proteínas que etiqueta la molécula Nedd8, los científicos del IBioBA decidieron hacer una prueba de concepto. "Tomamos una proteína que normalmente es 'neddilada' y nos fijamos qué pasaba si lo impedíamos -detalla-. Elegimos la Cofilina, que es un regulador del citoesqueleto de las células (el entramado tridimensional que les provee soporte interno y funciona como mecanismo de transporte intracelular, como rieles sobre los cuales se desplazan maquinarias lilliputienses). Una función muy importante de estas redes es el cambio morfológico durante el desarrollo neuronal. Al principio, la neurona es una célula redondeada que se va transformando a partir de ciertos programas genéticos. Primero, adopta una forma estrellada y luego una de esas prolongaciones se va a convertir en un axón, que puede llegar a tener incluso centímetros, y las otras, en dendritas, antenas que van a recibir los impulsos nerviosos de neuronas vecinas. Todo eso implica cambios morfológicos enormes, en los cuales un actor fundamental es la Cofilina. Lo que hicimos fue introducir una mutación puntual en ese aminoácido (uno de los ladrillos de las proteínas) y le impedimos 'neddilarse'. Pudimos confirmar que no generaban esas prolongaciones. Eliminar la unión de Nedd8 con esa proteína tiene efectivamente consecuencias en lo molecular, porque las redes ya no se pueden formar como antes, y en lo fisiológico, porque las neuronas no pueden desarrollarse, madurar y conectarse como normalmente lo hacen".

Para Tomás Falzone, investigador del Conicet en el Instituto de Biología Celular y Neurociencias Eduardo De Robertis, que no participó del trabajo, "este estudio propone un avance en la comprensión de los mecanismos de señalización intracelular menos conocidos y permite descubrir un número importante de proteínas que estarían siendo modificadas por neddilación. (...) La investigación posee relevancia, ya que existen otros candidatos que podrán ser evaluados en diferentes aspectos de las funciones celulares".

"Si bien inicialmente se describió a Nedd8 como una molécula importante en el control de la proliferación celular y el crecimiento tumoral, en los últimos años Refojo y su grupo demostraron que la misma juega un rol fundamental en el desarrollo y mantenimiento de las conexiones neuronales -explica Fernanda Ledda, directora del Laboratorio de Neurobiología Molecular y Celular del Instituto Leloir-. En este nuevo trabajo, describen una interesante metodología que utiliza la espectrometría de masa para identificar nuevas moléculas que interactúan con Nedd8 y que permitirían explicar sus diversos efectos celulares. Entre los interactores identificados describen a la proteína Cofilina que juega un rol muy importante en determinar el correcto crecimiento neuronal. Los autores demuestran que la modificación producida por la proteína Nedd8 es necesaria para el correcto crecimiento de las prolongaciones de neuronas corticales, una población que participan en procesos de aprendizaje. Es decir, que la alteración de esta interacción (Nedd8-Cofilina) resulta en alteraciones morfológicas en las neuronas, lo cual podría asociarse a enfermedades del neurodesarrollo, así como también a aquellas que afectan a la memoria y el aprendizaje". Y más adelante agrega: "El estudio de las bases moleculares que permiten el correcto funcionamiento neuronal, como el presente trabajo, es imprescindible para entender el origen de distintas patologías que afectan al sistema nervioso, así como también para diseñar nuevas estrategias terapéuticas para su tratamiento".

Según Refojo, este avance abre un enorme abanico de posibilidades. Como esta vía está expresada en todas las células del organismo, su repercusión es insospechada y su impacto, difícil de calcular.

"El pertenecer a un Instituto asociado a la Sociedad Max Planck de Alemania nos abre enormes puertas de colaboración con centros científicos de excelencia y este trabajo muestra una vez más que cuando tenemos los medios y las oportunidades podemos hacer ciencia del primer nivel internacional -concluye el investigador-. No hay país desarrollado que no haya basado su crecimiento en el conocimiento y el progreso de la ciencia, y además estamos en medio de una era de revolución tecnológica sustentada en el desarrollo científico. Es crucial que la política y la sociedad entera comprendan que hay solo un camino posible para poder ofrecerle un futuro mejor a nuestros hijos, aquel que tenga en su centro a la educación y la investigación".

Por: Nora Bär
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