Científicos han elaborado un mapa en cuatro dimensiones para seguir 28 proteínas implicadas en la mitosis o división celular. Esto ayudará a reconstruir este proceso, por ejemplo implicado en cáncer, y vincularlo con otros.
A todos los seres vivos y todas las células les llega un momento en que han de dividirse y multiplicarse, a través de un proceso conocido como mitosis. Se trata de un mecanismo fundamental a lo largo del cual cada célula multiplica su material genético y lo reparte en dos mitades, originando dos copias genéticamente idénticas de sí misma. Así es fundamentalmente como las bacterias se multiplican para colonizar un charco o como las células del organismo se mantienen estables y los tejidos jóvenes y funcionales.
Dado que este fenómeno es absolutamente crucial para todas las células, comprenderlo tiene un gran interés. Ahora, un estudio que se acaba de publicar en Nature ha producido el primer mapa interactivo en cuatro dimensiones de las proteínas que participan en la mitosis. Esto permite seguir a unas moléculas que se comportan como los ladrillos fundamentales en el funcionamiento de la maquinaria celular durante todo el proceso. La investigación ha estudiado la dinámica de 28 proteínas, pero se considera que hay al menos 600 implicadas en la mitosis.
"Hasta ahora, los laboratorios han estado principalmente investigando proteínas individuales en células vivas", ha dicho en un comunicado Jan Ellenberg, líder de la investigación en el grupo EMBL, el Laboratorio de Biología Molecular Europeo. "Ahora hemos sido capaces de hacer una investigación de sistemas, y analizar el panorama en su conjunto al estudiar las redes dinámicas que muchas proteínas forman dentro de las células humanas vivas".
Si una célula fuera una ciudad y pudiéramos mirarla muy de cerca, observaríamos que tiene orgánulos (pequeños órganos) que se comportan como edificios especializados en funciones concretas y que están en distintos barrios. Dentro de la célula hay incluso vías de comunicación que permiten transportar sustancias y vesículas (siguiendo con el símil, serían como camiones de transporte), de un sitio a otro. En el centro organizativo de todo esto, se podría decir que hay un órgano de gobierno: dentro de un núcleo, el ADN funciona como un director y un gran arquitecto. Pero para que sus instrucciones se hagan efectivas, es necesario, entre otras muchas cosas, que haya una mano de obra trabajadora dispuestas a llevarlas a cabo: se trata de las proteínas.
Pues bien, para que la mitosis sea posible y la célula multiplique su ADN y se parta por completo, es necesario el "esfuerzo" de centenares de proteínas. Actúan de una forma perfectamente coordinada, en distintas zonas y en diferentes momentos. Algunas estabilizan los cromosomas. Otras ayudan a dividir las membranas y a reorganizar la estructura. Como una orquesta absolutamente perfecta.
COMO EL MAPA DE UNA GRAN CIUDAD
Gracias a un profundo trabajo de investigación y modelado, los investigadores han podido crear un mapa en cuatro dimensiones, las espaciales y la temporal, para que los científicos seleccionen a la carta qué proteínas quieren seguir y visualizar durante la división.
Esto es muy importante, porque la posición que adoptan las proteínas y el momento en que actúan habla sobre su función y sobre cómo interactúan con otras.
¿Para qué es útil todo esto? Para empezar, la mitosis es un proceso esencial en la vida: cuando falla, puede provocar, por ejemplo, cáncer. Aparte de esto, algunos antibióticos pueden ser eficaces contra bacterias si impiden la división.
Pero, según Ellenberg, además de este fenómeno clave, la tecnología desarrollada para construir este mapa en cuatro dimensiones puede servir para otros muchos procesos celulares, como la muerte, la migración o la metástasis.
De hecho, con la finalidad de facilitar posteriores estudios, los métodos experimentales, los códigos y la plataforma de microscopía asociada ya están disponibles para otros usuarios de forma gratuita.
"Al analizar las redes dinámicas que forman las proteínas, podemos identificar vulnerabilidades clave, por ejemplo, lugares donde solo hay una proteína a cargo de vincular dos tareas sin ningún tipo de apoyo", ha dicho Ellenberg. Dicho de otra forma, así se puede buscar cuellos de botella potencialmente implicados en enfermedades o en otros procesos de interés. En una ciudad, se podría decir que esto es como identificar cuál es el punto más débil en, por ejemplo, la red de distribución de agua potable.
En este estudio, los investigadores reconstruyeron la división celular de células HeLa, un antiguo linaje obtenido de células de cáncer cérvico-uterino extraído el 8 de febrero de 1951 y procedentes de una paciente llamada Henrietta Lacks, fallecida ese mismo año.
VER EN CUATRO DIMENSIONES
Para lograrlo, seleccionaron 28 proteínas implicadas en la mitosis y las editaron con la famosa técnica del corta-pega genético (CRISPR), para incorporarles marcadores fluorescentes (algo así como testigos que permiten que localizar dichas proteínas). Gracias a la técnica de la microscopía confocal en tres dimensiones pudieron observar dónde estaban dichas proteínas en cada momento e incluso contarlas.
Todos esos datos fueron integrados en un complejo modelo de ordenador capaz de reproducir esta información como si de una película se tratase.
A pesar de lo espectaculares y útiles que son estos resultados, lo cierto es que esta investigación es solo un primer paso de una larga tarea: se considera que hay al menos 600 proteínas implicadas en la mitosis.
Por tanto, harían falta muchos más años para tener en la mano todas las piezas del puzzle del complejo proceso de la división celular.
"A largo plazo, una visión de conjunto completa de las proteínas celulares nos permitirá ver cómo diferentes procesos importantes de la vida, como la división o la muerte celulares, están vinculados unos con otros", ha dicho en un comunicado Stephanie Alexander, investigadora gerente en el EMBL. "Solo puedes entender esto si analizas todo como una red". Una red extremadamente compleja y que tiene cuatro dimensiones.
Referencia bibliográfica:
Yin Cai et al., 2018. Experimental and computational framework for a dynamic protein atlas of human cell division. Nature. DOI: 10.1038/s41586-018-0518-z
