Descubierta la maquinaria molecular que mantiene las células en marcha: se abre una nueva vía para tratar enfermedades raras

Un grupo internacional de investigadores —liderado por la Universitat Pompeu Fabra (UPF)— ha descubierto la nanomáquina que controla la exocitosis constitutiva, una actividad esencial para preservar la salud de las células, así como su crecimiento, su división y la comunicación con el entorno.

Esta actividad consiste en la entrega ininterrumpida de paquetes moleculares esféricos hacia la superficie celular. Oriol Gallego, jefe del Grupo de Biofísica en Biología Celular del Departamento de Medicina y Ciencias de la Vida (MELIS) de la UPF, considera que "a pesar de ser una de las nanomáquinas más grandes de la célula, su corta vida útil y su dinamismo la hacían muy difícil de capturar". El descubrimiento de este nanomensajero ha sido posible gracias a la combinación de potentes microscopios y la inteligencia artificial (IA), aportando información sin precedentes acerca de un proceso clave que se produce miles de millones de veces al día en nuestro cuerpo. La comprensión del proceso de la exocitosis puede, además, tener profundas implicaciones en el tratamiento de algunas infecciones y enfermedades raras.

A diario, cada célula de nuestro cuerpo se encarga de transportar entre 10.000 y 100.000 paquetes esféricos hacia la superficie celular para llevar a cabo procesos que requieren la liberación o la exposición de moléculas al exterior, como por ejemplo la secreción de enzimas y de hormonas como la insulina. Es por ello que la entrega de estos paquetes es esencial. "La función de este nanomensajero es tan importante que es muy extraño encontrarlo mutado en pacientes", afirma Gallego. Pese a su importancia, este proceso no se había podido estudiar en detalle hasta hoy, cuando el laboratorio de la UPF —en colaboración con Carlo Manzo (Universidad de Vic – Universidad Central de Cataluña), Daniel Castaño (Instituto Biofisika) y Jonas Ries (Max Perutz Labs)— ha desvelado en la revista científica Cell el descubrimiento del nanomensajero.

Filmando el nanocorreo en acción

Gracias a la combinación de algunos de los microscopios ópticos y electrónicos más avanzados con el análisis de imágenes que brinda la inteligencia artificial, se ha descubierto la organización y el funcionamiento de esta nanomáquina y se han filmado los rápidos cambios que experimenta su estructura durante la entrega de paquetes esféricos. En el núcleo de esta máquina se da un movimiento coordinado de siete conjuntos de proteínas que construyen un anillo flexible, encargado de sujetar los paquetes esféricos hasta llegar a la superficie celular. "A este nanomensajero lo hemos llamado ExHOS, que es el acrónimo de la estructura de orden superior del exocisto (por su versión en inglés)", explica Marta Puig-Tintó, una de las autoras principales del estudio. "El ExHOS cuenta con tres puntos de control y un mecanismo de desembalaje que garantiza que la entrega de mercancías en la célula continúe a la velocidad adecuada".

"Es como si cada vez que la célula tuviera que entregar un paquete pesado, un equipo de siete mensajeros fuertes trabajara conjuntamente para hacerlo", comenta Sasha Meek, otra de las autoras principales. "Como el paquete es tan pesado, no lo pueden dejar de una sola vez y tienen que bajarlo en tres pasos. Y cuando han terminado, necesitan a alguien que confirme la entrega para que el equipo de mensajeros, cada uno por su lado, pueda marcharse a hacer otras entregas", concluye la joven investigadora.

Impacto en humanos

Insistir en la comprensión de la exocitosis podría, en un futuro, tener un gran impacto sobre diversos campos de la ciencia aplicada. En los humanos, por ejemplo, diversos virus como el SARS-CoV-2, el VIH o bacterias patógenas como la Salmonella secuestran el mecanismo de la exocitosis para infectar a las células humanas. La alteración de los ExHOS también se ha relacionado con trastornos del neurodesarrollo o con la progresión de cánceres metastásicos. En el caso de las plantas, estas necesitan el ExHOS como mecanismo de defensa contra las invasiones microbianas.

"Aunque sea de tamaño pequeño, el interior de la célula es un espacio inmenso lleno de nanomáquinas enigmáticas que nunca antes se habían podido observar debido a las limitaciones de las herramientas de microscopía actuales", comenta Puig-Tintó. "Pero creo que el futuro reside en la integración de diversas tecnologías de imagen con el poder de nuevas herramientas computacionales como la IA para ‘hacer visible lo invisible’", concluye. Gallego está convencido de que gracias a las nuevas metodologías, los investigadores han sido capaces de "ver un proceso celular fundamental y vital". "Es lo mismo que explicar cómo se intercambia el oxígeno durante la respiración o cómo se mantiene la periodicidad del latido del corazón. Puede que no tenga una aplicación inmediata, pero el descubrimiento de esta nanomáquina facilitará la investigación futura hacia las soluciones a problemas biomédicos y biotecnológicos graves que a día de hoy no tienen solución", afirma, optimista, el científico.

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