UPF, identifican la principal estrategia de la célula para lidiar con la acumulación de proteínas mal plegadas
En el trabajo, publicado hoy en la revista Cell Reports, han utilizado el modelo de levadura Schizosaccharomyces pombe para investigar el proceso de control de calidad de las proteínas. UPF control de calidad de las proteínas.
Grupo de Investigación de Estrés Oxidativo y Ciclo Celular
Un nuevo artículo del grupo de Investigación en Estrés Oxidativo y Ciclo Celular de la UPF identifica la principal estrategia de la célula para lidiar con la acumulación de proteínas mal plegadas. En el trabajo, publicado hoy en la revista Cell Reports, han utilizado el modelo de levadura Schizosaccharomyces pombe para investigar el proceso de control de calidad de las proteínas. El estudio ha sido liderado por Elena Hidalgo y las investigadoras postdoctorales Margarita Cabrera y Susanna Boronat son las primeras autoras del mismo.
Las proteínas están formadas por cadenas de aminoácidos y durante su formación se tienen que plegar para adquirir una forma adecuada que les permita ejercer sus funciones. Sin embargo, cuando las células están sometidas a un estrés o daño, como por ejemplo las temperaturas elevadas, parte de la proteínas pueden no plegarse correctamente. En este estudio, los investigadores han planteado la siguiente cuestión: ¿qué hace la célula con las proteínas mal plegadas?
Existen tres vías para solucionar este problema. La primera opción consiste en intentar arreglar el plegamiento para recuperar así la función, pero esto puede ser complicado porque si las condiciones de estrés continúan, las proteínas se siguen desplegando. Una segunda vía consiste en destruir las proteínas que no se han plegado correctamente mediante una maquinaria denominada proteasoma. “Pero en este estudio revelamos que la ruta dominante en la levadura es una tercera opción que consiste en la formación de agregados para proteger a las proteínas mal plegadas de la degradación”, explica Elena Hidalgo.
El papel dual de las chaperonas
Las chaperonas son pequeñas máquinas biológicas cuya función es plegar proteínas, para obtener su forma óptima de funcionamiento. Suelen intervenir en el proceso de plegamiento y su función acostumbra a ser evitar la agregación. “Sin embargo, en unas condiciones de estrés por elevadas temperaturas, hemos identificado a unas chaperonas que tienen un papel clave en potenciar la ruta de la agregación”, detalla Margarita Cabrera. “Estas detectan que plegar las proteínas no es la solución, así que activamente van a fomentar la ruta de la agregación”, añade.
Las chaperonas son pequeñas máquinas biológicas cuya función es plegar proteínas, para obtener su forma óptima de funcionamiento. En condiciones de estrés cambian un poco su rol para favorecer la agregación. UPF control de calidad de las proteínas.
Las chaperonas en cuestión trabajan en pareja, una de ellas se encarga de reconocer el sustrato que está mal plegado —detecta unas regiones que deben ir en el interior de la proteína y que cuando no se pliega correctamente quedan expuestas— y lo transfiere a la otra. “Por lo tanto, determinamos que en condiciones de estrés, las chaperonas cambian un poco su rol para favorecer la agregación”, comenta Susanna Boronat.
Aunque los agregados se suelen relacionar con toxicidad y un efecto negativo, por ejemplo en las enfermedades neurodegenerativas, en este caso son favorables. La principal ventaja de potenciar la agregación respecto a la degradación es que cuando las condiciones vuelven a ser óptimas las proteínas se pueden volver a plegar y recuperar su función. Sintetizar proteínas es un trabajo costoso para la célula, ya que requiere unos recursos y al mantener un reservorio se puede ahorrar tener que volver a fabricarlas. “Como ejemplo de condiciones de estrés utilizamos temperaturas elevadas, aunque en tiempos muy cortos, para asegurarnos que el daño es reversible”, añade Susanna Boronat.
Schizosaccharomyces pombe, un modelo para entender mecanismos complejos
El equipo de investigadores del Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud (DCEXS) de la UPF ha llevado a cabo esta investigación en la levadura Schizosaccharomyces pombe, organismo que tiene la ventaja de presentar una genética sencilla y fácilmente manipulable, que permite manejar muchas condiciones distintas. Además, muchos de los mecanismos moleculares básicos de las levaduras son extrapolables a los de otros organismos eucariotas. Cuando se trata de un proceso tan complejo como la estabilidad de las proteínas es siempre bueno tener un modelo que sea muy simple para establecer los fundamentos.
La principal ventaja de potenciar la agregación respecto a la degradación es que cuando las condiciones vuelven a ser óptimas las proteínas se pueden volver a plegar y recuperar su función.
En palabras de Margarita Cabrera: “nos gustaría comenzar una nueva línea de investigación y estudiar la formación de agregados de proteínas en otros organismos modelos y durante el proceso de envejecimiento”.
El equipo de investigadores está integrado por Margarita Cabrera, Susanna Boronat, Luis Marte, Montserrat Vega, José Ayté y Elena Hidalgo en la UPF y Pilar Pérez en el Instituto de Biología Funcional y Genómica (IBFG) del CSIC y la Universidad de Salamanca.
Financiación
This work is supported by the Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, PLAN E and FEDER. The Oxidative Stress and Cell Cycle group is also supported by Generalitat de Catalunya and by Unidad de Excelencia María de Maeztu from MINECO. M.C. is funded by the Ramon y Cajal program. E.H. is recipient of an ICREA Academia Award.
Artículo de referencia
Cabrera, M., Boronat, S., Marte, L., Vega, M., Pérez, P., Ayté, J. and Hidalgo, E. February, 2020. Chaperone-facilitated aggregation of thermo-sensitive proteins shields them from degradation during heat stress. Cell Rep. DOI: 10.1016/j.celrep.2020.01.077.