Cómo producir proteínas a la velocidad adecuada

 

Los condensados de Not5 (arriba, en verde) excluyen un factor de aceleración de la traducción del ARNm (visible en rojo, en el centro). En la parte inferior, tinción fusionada: el amarillo indicaría co-localización, pero los condensados son verdes, por lo que el factor de aceleración de la traducción del ARNm está ausente. Crédito: UNIGE - Laboratoire Collart

En todos los organismos eucariotas, el material genético se almacena en el núcleo celular en forma de ADN. Para ser utilizado, este ADN se transcribe primero en ARN mensajero en el citoplasma de la célula y luego se traduce en proteínas con la ayuda de los ribosomas, pequeñas máquinas capaces de descodificar el ARN mensajero para sintetizar las proteínas adecuadas. Sin embargo, la velocidad con la que se produce este mecanismo no es uniforme: debe adaptarse para que la proteína adopte la configuración adecuada. En efecto, una desregulación del ritmo de producción da lugar a defectos estructurales. Las proteínas que no están correctamente plegadas se agregan, se vuelven inutilizables y a menudo tóxicas para la célula. Analizando la tasa de movimiento de los ribosomas en las células de levadura, un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, en colaboración con la Universidad de Hamburgo, ha logrado demostrar que la tasa de síntesis de proteínas está modulada por factores reguladores que modifican a voluntad la tasa de traducción del ARN mensajero en proteínas. Estos resultados se pueden encontrar en la revista Cell Reports.

Vea También

• Investigadores descubren una forma de aumentar la eficacia de los antibióticos
• Las bacterias pueden desarrollar una fuerte inmunidad para protegerse de los virus
• La inyección de algas en renacuajos asfixiados devuelve la vida a sus células cerebrales
• Revelan por primera vez el color del pelaje de los mamíferos de la era de los dinosaurios
• Descubren en China un mundo perdido que sobrevivió a la mayor extinción masiva de la Tierra
• El secreto de la longevidad extrema del tiburón de Groenlandia

Las proteínas son estructuras tridimensionales que, para actuar, deben entrelazarse entre sí o interactuar con sus socios. En caso de un defecto estructural, las proteínas se aglutinan, volviéndose tóxicas y potencialmente patológicas. Este fenómeno se observa de hecho en muchas enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer o la esclerosis lateral amiotrófica. "Ya sabíamos que el ritmo de fabricación de las proteínas varía en función de las necesidades: a veces rápido, a veces muy lento", explica Martine Collart, profesora del Departamento de Microbiología y Medicina Molecular de la Facultad de Medicina de la UNIGE, que ha dirigido esta investigación. "Sin embargo, aún no sabíamos cómo se controlaba este mecanismo".

Perfil de los ribosomas

Para entender este proceso, los científicos utilizaron una técnica muy innovadora y aún poco conocida: el perfilado de ribosomas. "Esta metodología permite determinar la posición de los ribosomas en un momento dado en la célula", explica Olesya Panasenko, investigadora del laboratorio de Martine Collart y responsable del centro de investigación 'BioCode: RNA to Proteins' Core Facility de la Facultad de Medicina, especializada en esta técnica. "Consiste en degradar, en un momento determinado, todo el ARN que no está protegido por el ribosoma, para quedarse sólo con los fragmentos protegidos por el ribosoma (RPFs). A continuación, secuenciamos estos RPF para definir cuántos ribosomas había en el ARNm, y en qué posiciones, en ese momento concreto. Esto indica la velocidad y la eficiencia de la traducción".

Los científicos observaron la velocidad y la dinámica de la producción de proteínas en las células naturales de la levadura, así como en la levadura modificada genéticamente, con el fin de identificar posibles diferencias en función del código genético. Durante la síntesis, aparecen en la célula pequeños condensados de ARN y proteínas, cuya función es ralentizar el ritmo de producción de los ribosomas. "La formación de estos condensados depende de la presencia o ausencia de factores reguladores, llamados Not, que actúan como desaceleradores", explica Martine Collart. En su ausencia, el mecanismo se acelera en los lugares equivocados y da lugar a proteínas agregadas.

Una velocidad regulada por el código genético

Así, los factores Not se asocian al ribosoma en momentos precisos de la síntesis de proteínas, para frenar el ribosoma durante la traducción, condensando el ARN y la proteína naciente. "Cabe preguntarse si este mecanismo de regulación se ve afectado durante las enfermedades neurodegenerativas o con la edad", se preguntan los autores. Por lo tanto, es posible que pequeñas alteraciones, al sumarse unas a otras, acaben teniendo un efecto acumulativo importante a lo largo del tiempo. 

Fuentes, créditos y referencias:

Martine Collart et al, Cell Reprots (2021). doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109633