Los agregados de proteínas que se forman después de que una célula se expone a temperaturas altas y no letales parecen ser parte de una respuesta organizada al estrés y no la acumulación de proteínas dañadas en camino a la destrucción. Informes en celda el 10 de septiembre de 2015, científicos de la Universidad de Chicago y la Universidad de Harvard descubrieron que los agregados son completamente reversibles: después de que la célula regresa a temperaturas normales, las proteínas agregadas se desenredan y reanudan sus funciones celulares normales. Se encontró que algunas proteínaspermanecen intactos e incluso funcionales mientras están en un estado agregado.
Los hallazgos arrojan nueva luz sobre la naturaleza biológica de los agregados de proteínas, que se han considerado ampliamente como productos tóxicos sin salida, pero que se reconocen cada vez más como una nueva capa de organización celular.
"Hicimos preguntas simples: ¿qué proteínas se agregan en la célula durante el choque térmico agudo y qué les sucede cuando la célula se recupera?", Dijo el autor principal del estudio, D. Allan Drummond, PhD, profesor asistente de bioquímica y biología molecular en la Universidad.de Chicago. "Para nuestra sorpresa, encontramos que incluso las proteínas más severamente agregadas se desarmaron y volvieron a circular durante la recuperación. Se plantea la posibilidad de que la mayoría de estos agregados, que antes parecían dañados, en realidad pueden ser parte de un proceso coordinado, proceso evolucionado. "
A pesar de décadas de investigación, quedan muchas preguntas sobre cómo las células responden al choque térmico. Cuando se exponen a temperaturas estresantes, pero no letales, algunas proteínas celulares se agregan en grandes grupos conocidos como gránulos de estrés. Los estudios de líneas celulares mutantes han sugerido que ciertos tipos de estrésLos gránulos son destruidos por la célula y sus componentes proteicos presumiblemente rehechos. Las proteínas sensibles al calor introducidas artificialmente, así como las proteínas recién fabricadas, han demostrado ser propensas a la agregación y destruidas por las células después del choque térmico.La gran mayoría de las proteínas en las células normales seguían sin estar claras.
Para observar los efectos del choque térmico en poblaciones nativas de proteínas, Drummond y sus colegas utilizaron un nuevo conjunto de técnicas que les permitieron rastrear simultáneamente casi 1,000 proteínas maduras diferentes en células de levadura. El equipo expuso células a temperaturas que oscilaban entre 30ºC y 30ºC.° C normal a 46 ° C choque térmico severo, por períodos de tiempo muy cortos, de dos a ocho minutos. Luego midieron la agregación de proteínas con herramientas que incluían espectrometría de masas.
Los investigadores identificaron más de 175 proteínas diferentes que se agregaron en respuesta al choque térmico, lo que representa alrededor de una sexta parte de las proteínas medidas y aproximadamente diez veces más de las conocidas antes. Las proteínas específicas formaron gránulos en ubicaciones celulares específicas y separadas, lo que indica unanivel de organización. Sin embargo, el equipo también encontró que la agregación ocurrió en muchas condiciones en las que no se formaron gránulos de estrés, lo que indica que la agregación y la formación de gránulos están relacionados pero son procesos separados
La mayor sorpresa se produjo cuando el equipo analizó el destino de las proteínas agregadas. Las proteínas se marcaron con isótopos, una técnica similar a la datación por carbono para los hallazgos arqueológicos, y se siguieron a medida que las células experimentaban un choque térmico y se recuperaban. Encontraron que las proteínas agregadasse desenredaron y reanudaron sus funciones originales sin excepción después de que las células volvieron a temperaturas normales. El etiquetado de isótopos descartó la posibilidad de que las proteínas agregadas fueran degradadas y reemplazadas por nuevas proteínas, que no estarían etiquetadas.
Luego, el equipo realizó un análisis detallado de tres proteínas de interés, que en condiciones normales forman un complejo que une los aminoácidos para transferir ARN ARNt. Cuando se aíslan y analizan su respuesta al calor, estas proteínas se agregan fácilmente. Pero inclusoen un estado agregado después de un choque térmico severo, formaron un complejo funcional que aún procesaba los ARNt de manera activa y precisa.
"A diferencia de lo que se ha observado en muchos estudios sobre proteínas extrañas y células mutantes, el desensamblaje de los agregados nativos después del choque térmico en las células normales es esencialmente completo en estas condiciones", dijo Drummond. "La agregación probablemente inactiva la gran mayoría de las proteínas,pero es notable que algunos puedan permanecer activos cuando se agregan. Todo esto indica la necesidad de repensar el significado biológico de la agregación durante el choque térmico ".
Basado en trabajos anteriores y sus propios resultados, Drummond y sus colegas especulan que un propósito central de la agregación de proteínas durante el choque térmico es remodelar la fábrica celular, enfocando la síntesis de proteínas en las proteínas necesarias durante el estrés. En algunos casos, los autores plantean la hipótesis:Las proteínas actúan como termómetros y actuadores autónomos, que detectan el calor y se autoensamblan para activar o desactivar ciertas funciones celulares.
"La agregación inducida por el calor tiene todas las características de una respuesta adaptativa", dijo el autor del estudio Edward Wallace, PhD, investigador postdoctoral en bioquímica y biología molecular en la Universidad de Chicago. "Nuestros hallazgos sugieren una capa de maquinaria celular que detecta ypromulga estas decisiones formando agregados específicos en lugares y momentos específicos ".
Los hallazgos también plantean preguntas interesantes sobre la naturaleza de los agregados de proteínas, que se observan en una amplia gama de enfermedades neurodegenerativas. El equipo ahora está trabajando para comprender mejor las funciones biológicas de los agregados, particularmente en sus roles como reguladores de la función celular.También han comenzado a aprovechar las partes de las proteínas sensibles a la temperatura para aplicaciones biotecnológicas, como separar un tipo de molécula de otra en respuesta a un cambio de temperatura.
"Al tomar una mirada moderna y cuidadosa a un problema antiguo, obtuvimos resultados sorprendentes que cambian la forma en que pensamos no solo sobre el choque térmico, sino sobre cómo las células perciben y responden a su entorno a nivel molecular", dijo Drummond."Esto es lo más gratificante de estudiar la biología de los procesos básicos".
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Materiales proporcionado por Centro médico de la Universidad de Chicago . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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