C. elegans no apaga accidentalmente su capacidad para detectar sal

Los investigadores de AMOLF, en colaboración con investigadores del Erasmus MC, han descubierto un mecanismo genético que garantiza que una célula nerviosa conserve su identidad una vez que se ha diferenciado. Se trata de una neurona en el gusano C. elegans que puede detectar sal. Su identidad es activada por un interruptor genético durante el desarrollo de la célula. Jeroen van Zon y sus colegas han descubierto cómo es posible que este interruptor nunca se vuelva a apagar espontáneamente. La investigación fue publicada en la revista científica eLife.

Durante el desarrollo de un organismo, cada célula adquiere su propia identidad, como una célula muscular o una célula nerviosa. Los interruptores genéticos en la célula activan esa función durante el desarrollo. Un ejemplo de tal cambio se encuentra en las neuronas ASE, células nerviosas especiales en el gusano microscópico C. elegans que detecta sal en su entorno.

El interruptor en las neuronas ASE está formado por la proteína CHE-1. Esta proteína no solo estimula la producción de cientos de tipos diferentes de otras proteínas, que son conjuntamente responsables de detectar la sal, sino también su propia producción. En consecuencia, una vez que se ha activado durante el desarrollo embrionario, CHE-1 permanece permanentemente presente en la neurona ASE: el interruptor se enciende. Sin CHE-1, el gusano microscópico no puede detectar la sal. Por lo tanto, es importante que el interruptor permanezca activado durante toda la vida del animal.

Van Zon y su Ph.D. la estudiante Joleen Traets notó que la producción de proteínas como CHE-1 puede variar mucho en la célula. Como resultado de eso, también debería ser posible que el interruptor se apague espontáneamente debido a fluctuaciones fortuitas en la celda. «Entonces, ¿por qué no sucede eso?» se preguntaron. ¿Es un interruptor ‘real’? Procedieron a investigar estas preguntas en colaboración con Ph.D. estudiante Ser van der Burght, Suzanne Rademakers y Gert Jansen, especialista en C. elegans en Erasmus MC en Rotterdam.

Conexión fuerte

En primer lugar, los investigadores demostraron que se trata de un cambio real.

Mediante el uso de técnicas genéticas y de microscopía avanzadas, los investigadores estudiaron lo que sucedería si eliminaran todo el CHE-1 de la neurona ASE. Si este sistema es un interruptor genuino, entonces deberían poder desactivarlo de esta manera y luego reactivarlo nuevamente al reintroducir la proteína, teorizaron. Si no es un interruptor y la proteína asegura un cambio permanente en la célula, entonces deberían poder eliminar la proteína sin que la neurona ASE pierda su identidad y su capacidad para detectar sal. La investigación reveló que la proteína es un interruptor genuino. Van Zon dice que esta es la primera vez que se demuestra que un interruptor genético de este tipo también se puede apagar. «Lo que hace que este trabajo sea tan sorprendente es que podríamos usar una simple manipulación para hacer que una célula olvide su identidad y, al hacerlo, revelamos una importante debilidad potencial en este tipo de interruptor».

La simulación descubre la estabilidad

La pregunta sigue siendo por qué este interruptor permanece encendido con tanta estabilidad en condiciones normales. Las simulaciones por computadora son una forma de investigar eso. La computadora calcula lo que sucedería si algo cambiara en la célula, por ejemplo, la concentración o la fuerza de unión de la proteína CHE-1.

Los cálculos revelaron que el interruptor permanece activado durante un período extremadamente prolongado si CHE-1 estimula su propia producción con mucha más fuerza que la de todas las demás proteínas responsables de la detección de sal. En ese escenario, si la cantidad de CHE-1 es muy baja debido a una fluctuación natural en la célula, la producción de esas otras proteínas, y por lo tanto la detección de sal, se detiene temporalmente para garantizar que la tasa de producción de CHE-1 está restaurado. Este es un efecto de automejora, como resultado del cual el interruptor permanece encendido.

El mutante no puede detectar la sal.

Después de estos descubrimientos, los investigadores también demostraron que los resultados se corresponden con la situación de la vida real. Lo hicieron introduciendo una mutación genética en el gusano microscópico, como resultado de lo cual la proteína CHE-1 ya no podía activar correctamente su propia producción. Como era de esperar, en ese caso, el interruptor se apaga rápida y espontáneamente y el animal ya no puede detectar la sal.

Van Zon cree que este mecanismo de cambio estable podría desempeñar un papel en otros tipos de células. «Los organismos como los ratones y las personas también tienen este tipo de interruptor. Eso plantea la pregunta de si este mecanismo está muy extendido. ¿Podrían nuestras células nerviosas también apagarse al eliminar una sola proteína? Y si ese es el caso, ¿usan este mecanismo?» mecanismo para evitar que esto suceda durante las muchas décadas que estas células viven en nuestros cerebros? Por lo tanto, queremos probar esta idea más ampliamente con otros tipos de células, primero en C. elegans y luego también en otros animales».