Por qué envejecen nuestras células?

Uno de los grandes misterios de la biología es la razón por qué las células envejecen. Ahora los científicos del Instituto Salk de Estudios Biológicos informan que han descubierto una debilidad en un componente de las células cerebrales que podrían explicar cómo el proceso de envejecimiento se produce en el cerebro.

Los científicos descubrieron que ciertas proteínas, llamadas Proteínas de muy Larga Duración (ELLPs), que se encuentran en la superficie del núcleo de las neuronas, tienen una vida útil muy larga. Mientras que la duración total de la vida de la mayoría de las proteínas es de dos días o menos, los investigadores del Instituto Salk identificaron proteínas  ELLPs en el cerebro de ratas que eran tan viejas como las ratas mismas, un hallazgo que reportaron el pasado 3 de febrero en la prestigiosa revista Science.

Los científicos del Instituto Salk son los primeros en descubrir una maquinaria intracelular cuyos componentes esenciales incluyen proteínas de esta edad. Sus resultados sugieren que las proteínas duran toda una vida, sin que sean sustituídas.

Las proteínas ELLPs constituyen los canales de transporte en la superficie del núcleo, las puertas que controlan los materiales que entran y salen. Su larga vida útil podría ser una ventaja si no fuera por el desgaste y desgarre que estas proteínas experimentan a lo largo del tiempo. A diferencia de otras proteínas en el cuerpo, las ELLPs no son reemplazadas cuando incurren en modificaciones químicas aberrantes y otros daños.

El daño a las proteínas ELLPs debilita la capacidad de los canales de transporte tridimensionales que se componen de estas proteínas para proteger el núcleo celular contra los efectos de toxinas, dice Martin Hetzer, un profesor en el Laboratorio Salk de Biología Molecular y Celular, que dirigió la investigación. Estas toxinas pueden alterar el ADN de la célula y con ello la actividad de los genes, lo que resulta en el envejecimiento o senescencia celular.

Financiado por la Ellison Medical Foundation y la Fundación Glenn de Investigaciones Médicas, el grupo de investigación de Hetzer es el único laboratorio en el mundo que está investigando el papel de estos canales de transporte, llamado Complejo del Poro Nuclear (CPN), en el proceso de envejecimiento.

Esta imagen del microscopio muestra las proteínas de muy larga vida, o ELLPs, el color verde brillante es el exterior del núcleo de una célula del cerebro de una rata. El ADN dentro del núcleo es representado en azul. Los científicos del Instituto Salk descubrieron que las proteínas ELLPs, que forman canales a través de la pared del núcleo, vivieron por más de un año sin que fueran sustituidas. El deterioro de estas proteínas puede permitir que las toxinas entren en el núcleo, lo que resulta en el envejecimiento celular. Crédito: Cortesía de Brandon Toyama, del Instituto Salk de Estudios Biológicos.Estudios previos han revelado que las alteraciones en la expresión de genes subyacen en el proceso de envejecimiento. Pero, no fue sino hasta el descubrimiento del laboratorio Hetzer de que los CPNs de los mamíferos poseen un 'talón de Aquiles' que permite que las toxinas que dañan el ADN penetren en el núcleo celular, la comunidad científica ha tenido pocos indicios sólidos acerca de cómo estas alteraciones genéticas se producen.

"La característica fundamental que define el envejecimiento es una disminución general de la capacidad funcional de diversos órganos como el corazón y el cerebro", dice Hetzer. "Esta disminución resulta del deterioro de la homeostasis, o la estabilidad interna, dentro de las células constituyentes de esos órganos. Recientes investigaciones en varios laboratorios han relacionado la ruptura de la homeostasis de proteínas a la función celular en declive".

Los resultados que Hetzer y su equipo acaban de informar sugieren que el deterioro de la función neuronal puede tener su origen en las proteínas ELLPs, las cuales se deterioran como resultado de daño en el tiempo. "La mayoría de las células, pero no neuronas, combaten el deterioro funcional de los componentes de sus proteínas a través del proceso de recambio proteico, en el que las partes potencialmente deficientes de las proteínas son reemplazadas con nuevas copias funcionales", dice Hetzer.

"Nuestros resultados también sugieren que el deterioro del poro nuclear podría ser un mecanismo general del envejecimiento que conduce defectos en la función nuclear relacionados con la edad, tales como la pérdida de la juventud en los programas de expresión génica", añade. Los hallazgos podrían resultar relevantes para entender los orígenes moleculares del envejecimiento y enfermedades neurodegenerativas tales como la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson.

En estudios anteriores, Hetzer y su equipo descubrieron filamentos grandes en los núcleos de las neuronas de los ratones y las ratas viejas, cuyos orígenes se remontan al citoplasma. Tales filamentos han sido vinculados a diversos trastornos neurológicos incluyendo la enfermedad de Parkinson. El que las moléculas fuera de lugar sea una causa, o una consecuencia de la enfermedad, no se ha determinado todavía.

También en estudios anteriores, Hetzer y su equipo documentaron disminuciones relacionadas a la edad en el funcionamiento de los NPCs en las neuronas de ratas sanas de edad avanzada, que son modelos de laboratorio de biología humana.

Tres años atrás, cuando Hetzer decidió investigar si las proteínas NPCs jugaban un papel en la iniciación o contribución a la aparición del envejecimiento y ciertas enfermedades neurodegenerativas, algunos miembros de la comunidad científica le advirtieron que tal estudio era demasiado audaz, que sería muy difícil y costoso llevar a cabo. Sin embargo, Hetzer se mantuvo firme y determinado a pesar de las advertencias y los resultados de su investigación han valido la pena.

Fuente: Science

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