Mammalian Cells

Cada célula depende de las proteínas para funcionar y mantenerse saludable. Estas proteínas se crean dentro de la célula a partir de aminoácidos, pero no pueden acumularse indefinidamente. Una vez que han cumplido su función o se han dañado, la célula necesita eliminarlas.

Las células lo hacen descomponiendo y reciclando las proteínas, un proceso que se conoce como «eliminación de proteínas». Sin embargo, esta continua y vital «danza» de creación y eliminación de proteínas requiere energía y coordinación, y la célula debe mantener constantemente el equilibrio adecuado entre ambos procesos.

Cuando los recursos, como los aminoácidos o la capacidad de la célula para construir proteínas, fluctúan –por ejemplo, después de comer, durante el estrés o en presencia de ciertos fármacos–, este equilibrio puede alterarse. A pesar de ello, las células deben mantener sus niveles generales de proteínas dentro de un rango seguro.

Esto plantea una pregunta sencilla: ¿cómo ajustan las células la eliminación de proteínas cuando cambia la producción de proteínas? Los científicos saben que ambos procesos, la producción y la eliminación de proteínas, están relacionados. Lo que falta es una imagen clara y cuantitativa de cómo se mueven juntos en tiempo real.

«Las células están constantemente expuestas a fluctuaciones en los recursos que regulan la síntesis de proteínas», afirma el profesor David Suter, de la Escuela de Ciencias de la Vida de la EPFL. «Si la tasa de síntesis de proteínas disminuye un 50%, nuestras células se reducirían un 50% a menos que las tasas de eliminación de proteínas también disminuyan».

Suter y su equipo han mapeado ahora cómo las células de mamíferos coordinan la producción y la eliminación de proteínas. «Descubrimos una propiedad universal de las células de mamíferos: su capacidad para ajustar parcialmente las tasas de eliminación de proteínas a los cambios en las tasas de síntesis de proteínas, principalmente a través de un mecanismo que llamamos Adaptación Pasiva».

La investigación se ha publicado en Cell Systems.

Descubriendo la adaptación pasiva

Para estudiar cómo las células manejan los cambios en la producción de proteínas, los investigadores utilizaron una proteína fluorescente especial que cambia de color con el tiempo. Esto permitió rastrear la rapidez con la que se crean las proteínas nuevas y la velocidad a la que se eliminan las antiguas en células vivas individuales.

Mediante el análisis de estos cambios de color, el equipo midió dos procesos: la descomposición activa de proteínas y la dilución de proteínas a medida que las células crecen y se dividen. Luego, compararon estas mediciones con un modelo matemático que predijo que si la producción de proteínas disminuye, la célula también produce menos componentes de su maquinaria de degradación, lo que a su vez ralentiza la eliminación de proteínas.

En todas las condiciones probadas, los datos se ajustaron al modelo: cuando la síntesis de proteínas disminuyó, la eliminación de proteínas se ralentizó lo suficiente como para compensar parcialmente. Esto es lo que los científicos llaman «adaptación pasiva», un proceso que ayuda a las células a mantener niveles de proteínas más seguros a pesar de las fluctuaciones en los recursos.

El mismo comportamiento apareció incluso en células que no fueron perturbadas por factores externos, lo que demuestra que se trata de una estrategia natural y cotidiana.

Por qué las células madre embrionarias se comportan de manera diferente

Cuando el equipo examinó las células madre embrionarias de ratón, encontraron una capa adicional de protección. Estas células activaron una vía de detección de nutrientes llamada mTOR cuando la síntesis de proteínas disminuyó. Esta respuesta aumentó la capacidad de construcción de proteínas y redujo aún más la descomposición de proteínas, lo que permitió a las células mantener sus niveles de proteínas casi perfectamente constantes.

«Incluso si la tasa de síntesis de proteínas disminuye un 50%, mantienen niveles de proteínas casi perfectamente constantes», afirma Suter.

Añade que esta robustez probablemente sea importante en embriones reales: «Creemos que esto podría ser necesario para estas células que forman parte del embrión preimplantación, donde las condiciones son duras, sin suministro de sangre y con nutrientes limitados. También podría ayudar a explicar la resistencia de los blastocistos [la bola de células hueca que se forma entre 5 y 6 días después de la fertilización de un óvulo] en las condiciones de cultivo simples que se utilizaron inicialmente en la FIV».

El trabajo aclara cómo las células protegen su equilibrio de proteínas durante los cambios en la disponibilidad de nutrientes, el desarrollo o el estrés. También ofrece información sobre cómo los científicos interpretan las mediciones de estabilidad de las proteínas y cómo las células embrionarias tempranas mantienen su resistencia.