Las células también reciclan

¿Reciclan las células? ¡¡SI!! El reciclaje es un proceso tan importante que incluso las células lo saben.

Este mecanismo de reciclaje del contenido celular se denominó Autofagia, que se traduce como “auto-comer”. Yoshinori Ohsumi ganó en 2016 el Premio Nobel de fisiología o medicina, por el descubrimiento de genes y procesos biológicos necesarios para la autofagia en levaduras.

La autofagia es un proceso evolutivamente conservado en eucariotas que degrada y recicla orgánulos defectuosos, proteínas tóxicas o desplegadas y varios otros agregados indeseables en el citoplasma secuestrándolos en autofagosomas que, luego, los conducen a los lisosomas para degradarlos.

 ¿Qué sucede en las células si la autofagia no funciona correctamente?

Bueno, pues algo parecido a lo que pasa cuando la gente no recicla plásticos, papel, vidrio...

Destruimos el medio natural poco a poco y en unos pocos años no tendremos agua limpia, ni tierra fértil para cultivar plantas, ni comida…

En las células, es algo similar, la acumulación de proteínas inútiles y orgánulos dañados puede causar toxicidad celular y muerte, esta es una característica del envejecimiento celular. Sin este proceso vital de mantenimiento, las células muestran una tasa acelerada de envejecimiento y los mamíferos son más propensos al cáncer, la neurodegeneración y otros trastornos relacionados con la edad.

 Pero os estaréis preguntando las plantas no tienen enfermedades neurodegenerativas, ¿qué pasa con ellas si no reciclan?

La autofagia está involucrada en casi todas las fases de la vida de las plantas, incluida la germinación, el establecimiento de plántulas, el desarrollo, la reproducción, el metabolismo y la tolerancia al estrés.

Por lo tanto, las plantas deficientes en autofagia exhiben una fuerte senescencia temprana, una vida útil más corta, un rendimiento reducido de semillas, un crecimiento reproductivo defectuoso y una señalización de fitohormonas alterada en condiciones normales de crecimiento, pero también son hipersensibles a diferentes estreses como la privación de nutrientes, el estrés oxidativo, la infección por patógenos, la sequía y alta salinidad. Entonces, las plantas no pueden hacer frente a las adversidades ambientales.

Lo que en términos agrícolas significa disminución del rendimiento de los cultivos, pérdidas de cultivos y enormes pérdidas económicas.

¿Entonces cómo se regula la autofagia?

La autofagia es un proceso que debe estar correctamente regulado para evitar el mal funcionamiento de las células. La regulación de la autofagia es un proceso complejo en el que intervienen muchos mecanismos moleculares, principalmente por modificaciones post-traduccionales y modificaciones lipídicas de las proteínas ATG (AuTophaGy). En los últimos años, se ha demostrado que el Sulfuro, a pesar de ser una molécula tóxica para la vida, es un gasotransmisor que regula varios procesos tanto en animales como en plantas, entre ellos la autofagia.

Y entonces, cuando digo esto, mis amigos me preguntan ¡¡¿Un gaso-que?!!

Un gasotransmisor es una molécula de señalización gaseosa, lo que significa que estas moléculas son capaces de transmitir información entre células y pueden regular procesos bioquímicos. Por ejemplo:

En animales se ha demostrado el efecto fisiológico en diferentes procesos importantes, como relajación de vasos sanguíneos, neurotransmisión, provocar estados de hibernación, inhibir la señalización de la insulina, regular la inflamación, etc.

En las plantas, el sulfuro de hidrógeno alivia el estrés por metales pesados, mejora la resistencia al estrés por calor y frío y tiene un efecto positivo contra el estrés osmótico. Se ha demostrado ampliamente que está involucrado en procesos fisiológicos tan importantes para la vida vegetal como la germinación, la fotosíntesis, la autofagia y la apertura estomática.

Entonces, ¿cómo puede estar el sulfuro involucrado el sulfuro en tantos procesos?

El mecanismo fisiológico a través del cual el sulfuro regula estos procesos se llama PERSULFURACIÓN. La Persulfuración es una modificación de proteínas por sulfuro de hidrógeno.

Las proteínas están compuestas por aminoácidos y uno de ellos es la cisteína. Esa cisteína tiene un grupo tiol (-SH), que puede modificarse por persulfuración (-SSH). Esta modificación hace que la proteína tenga un comportamiento diferente, debido a que tiene diferentes propiedades químicas, por lo que probablemente un papel diferente en la célula. Por ejemplo, la persulfuración puede provocar un cambio de localización celular de una determinada proteína. Qué significa eso? Pues que una proteína citosólica puede dirigirse al núcleo cuando es modificada por persulfuración y, luego, puede tener una función diferente. O la proteína modificada puede tener más o menos actividad que la versión sin modificar. Esto es importante para el correcto funcionamiento de la célula.

Resumiendo, que las células pueden regular diferentes procesos fisiológicos modificando proteínas de forma postraducciona, y que la persulfuración es una de esas modifcaciones y que además puede regular la autofagia.

Hace unos años, en mi grupo de investigación, descubrimos que una proteína de la maquinaria central de la autofagia, llamada ATG18a, era modificada por Persulfuración y además ya se sabía que la degradación selectiva del Retículo endoplásmico (ER) por autofagia requería de esa proteína en cuestión.

Así que propuse un proyecto a la Comisión Europea, dentro de las acciones Marie Skłodowska-Curie, que otorgan proyectos a investigadores para estudiar temas destacados y desarrollar parte del proyecto en la Universidad de Sevilla y la Iowa State University en EEUU, para trabajar con los mejores y poder estudiar El papel del sulfuro en la reticulofagia a través de la regulación de ATG18a por Persulfuración.

Llamé a este proyecto SSHelectphagy, como un acrónimo de “autofagia selectiva” y SSH para Persulfuración.

 ¿SSHelectphagy? ¿Persulfuración? ¿Reticulofagia? Se nos acumulan los términos raros, no? Parece que estoy hablando en otro idioma. Para aclarar ideas, Reticulofagia (ER-Phagy) es el término que se le da a la degradación específica del retículo endoplásmico (ER) por autofagia.

 ¿Os acordáis del reciclaje de células que hemos comentado antes? Cuando el ER está estresado, lo cual puede ocurrir por diversas causas, necesita ser degradado y reciclado; Esto se realiza mediante autofagia selectiva, es decir que no se recicla a granel, si no que se marcan aquellos orgánulos (mitocondrias, cloroplastos, proteínas, etc.) que necesitan ser degradados específicamente. Y que cuando se trata del Retículo endoplásmico se denomina ER-fagia. ER- fagia controla la patogénesis de enfermedades neurodegenerativas, tumor-génesis, hígado graso, enfermedades cardiovasculares, diabetes, defensas contra patógenos intracelulares y longevidad celular.

 Por lo tanto, el proceso de reticulofagia puede estar relacionado con estas enfermedades. Por ejemplo, se ha demostrado que el uso de medicamentos dirigidos a la reticulofagia desempeña un papel vital en el tratamiento del glaucoma.

 Esta investigación también puede ser de gran importancia en otros sistemas eucariotas como los mamíferos, estableciendo nuevos objetivos para futuros estudios, incluidas varias enfermedades importantes en humanos, como las enfermedades neurodegenerativas y el cáncer.