Una serie de proteínas diminutas y previamente desconocidas se producen en el corazón. Una gran parte de estas microproteínas migran a las mitocondrias, las usinas energéticas de la célula, después de su síntesis. La imagen proporciona la prueba de que una de estas nuevas microproteínas (rojo), migran a las mitocondrias (verde). El área amarilla en la tercera imagen muestra que la señal mitocondrial solapada con la de la microproteína dentro de las células y que la microproteína se encuentra así en la mitocondria. El núcleo de la célula está marcado en azul. ©Franziska Trnka, MDC
Cientos de microproteínas identificadas en el corazón, muchas ligadas a las mitocondrias
31 de mayo de 2019 | Historia original del Centro de Medicina Molecular Max Delbruck.
Un equipo liderado por el grupo de investigación MDC del Profesor Norbert Hübner ha observado en acción las "fábricas de proteínas" de las células cardíacas humanas, examinando todo el tejido por primera vez. En un artículo publicado en Cell, el grupo revela sus sorprendentes descubrimientos y las posibilidades que se abren a futuro en el tratamiento de las enfermedades cardíacas.
El corazón humano tiene muchos secretos, no sólo en un sentido figurativo, emocional; también desde un punto de vista racional y científico. Sorprendentemente sabemos poco sobre la función del órgano que permite el suministro de oxígeno a cada célula de nuestro cuerpo– y por qué a veces no hace lo que se supone debería.
Un estudio publicado en la revista científica Cell ha derramado ahora un poco más de luz sobre este órgano vital. Un equipo internacional de 56 investigadores dirigidos por el MDC examinó las proteínas producidas por los ribosomas –las fábricas de proteínas celulares de nuestro cuerpo– en las células cardíacas de personas sanas y las que sufren enfermedades cardíacas. Los resultados fueron sorprendentes, e incluyeron el descubrimiento de un gran número de miniproteínas que antes eran completamente desconocidas.
El trabajo involucró a científicos de Berlín, incluyendo varios grupos de la MDC y Charité, así como investigadores de Bad Oeynhausen, Göttingen, Hamburgo, Münster, Australia, el Reino Unido, Japón, Holanda, Singapur y los Estados Unidos.
El ADN contiene mucho más “planos” que los pensados anteriormente
“Estas proteínas parecen ser evolutivamente muy jóvenes. Por ejemplo, no pudieron encontrarse en corazones murinos”, manifestó el Dr. Sebastiaan van Heesch.
El ADN almacenado en el núcleo de cada célula contiene un “plano” para todas las proteínas producidas en el cuerpo. La producción de proteínas es un proceso de dos pasos: transcripción y traducción. En el primer paso, se producen copias de fragmentos de ADN en forma de ARN mensajero, que luego abandonan el núcleo celular. En el segundo paso, los ribosomas utilizan aminoácidos individuales que “nadan” en el citoplasma celular para sintetizar las proteínas correspondientes. Si bien ha habido bastante investigación científica en la transcripción, comparativamente poco se sabe sobre el proceso de traducción.
“Con la ayuda de una técnica relativamente nueva conocida como perfil ribosomal, o Ribo-Seq, ahora somos capaces de determinar por primera vez, no sólo a partir de células aisladas, sino también en tejido cardíaco humano intacto, los sitios a los que los ARNms migran a los ribosomas”, explica el Dr. Sebastiaan van Heesch, miembro del grupo de genética y genómica de enfermedades cardiovasculares del Profesor Norbert Hübner en el MDC y autor principal del estudio. “Usando algoritmos especiales, pudimos calcular qué proteínas se producen en el corazón durante la traducción.”
Utilizando esta técnica, los investigadores descubrieron una serie completa de proteínas diminutas, previamente desconocidas. Otro descubrimiento sorprendente hecho por van Heesch y el equipo, fue que muchas de las microproteínas son codificadas por ARNs que no se creía que tuviesen propiedades de codificantes -es decir, no se creía que contuviesen instrucciones para la síntesis de proteínas.
La mayoría de las mini-proteínas se utilizan para la producción de energía
Usando técnicas microscópicas especiales, los científicos pudieron observar que, una vez producidas, más de la mitad de estas microproteínas migran a las mitocondrias. “Esto significa que obviamente se utilizan en los procesos de producción de energía del corazón”, dijo Norbert Hübner. “Dado que muchas enfermedades cardíacas son causadas por un metabolismo energético defectuoso, estábamos particularmente interesados en este resultado.”
Con el fin de detectar posibles diferencias entre el transductoma (totalidad de las proteínas sintetizadas) de los corazones enfermos y sanos, los científicos examinaron muestras de tejido de 65 pacientes con miocardiopatía dilatada (MCD) –una condición en la que el músculo cardíaco se agranda–. Las muestras se tomaron de los pacientes mediante una biopsia durante operaciones cardíacas programadas. El tejido de 15 corazones sanos fue utilizado para la comparación.
El MCD, requiere que muchos pacientes se sometan a un trasplante de corazón en algún momento de sus vidas, es causado por una mutación en el gen de la titina, la proteína más grande e importante del corazón humano. “Como resultado de esta mutación genética, se genera una señal de parada en el ARNm que señaliza a los ribosomas para que terminen su trabajo antes de que se haya completado la síntesis de la titina”, explica van Heesch. Sin embargo, no todas las personas que portan esta mutación en su ADN realmente desarrollarán el MCD.
Los nuevos enfoques de las enfermedades cardíacas en el horizonte
Van Heesch y sus colegas ahora investigan las razones detrás de sus descubrimientos. “Hemos observado que los ribosomas a veces simplemente ignoran esta señal de STOP y continúan sin desanimarse con la producción de titina”, dijo el investigador. Ahora el objetivo, es averiguar las circunstancias en las que esto ocurre. Van Heesch explica que puede deberse a la posición de la mutación genética en el ARNm, pero que también podría ser el resultado de factores que, una vez identificados, pueden ser tratables.
Junto con sus colegas, van Heesch también espera investigar más profundamente el papel de las microproteínas recién descubiertas. “Estas proteínas parecen ser evolutivamente muy jóvenes”, dice. “No pudimos encontrarlos en corazones de ratones, por ejemplo.” Estas sustancias, ofrecen más pruebas, de cuán especial es el corazón humano. Además, el científico espera que algún día se puedan utilizar estas proteínas ya sea para el diagnóstico de enfermedades cardíacas o como objetivo para futuras terapias que serán más efectivas que antes en el tratamiento de una alteración en la energía metabolismo del corazón.
Este artículo ha sido republicado a partir del material proporcionado por el Centro de Medicina Molecular Max Delbruck y editado para adecuar su longitud y contenido.
Referencia: The Translational Landscape of the Human Heart: Cell (n.d.). Retrieved May 31, 2019, from https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30508-2.
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