Científicos descubren cómo las células asegurar una distribución correcta de proteínas a través de su interior

Published on April 30, 2010 at 6:52 PM

Toda la vida en la Tierra se ve amenazada por el caos. En este sentido, una célula es como un barco que pudiera hundirse en cualquier momento en un mar de caos. Constantemente hay que consumir energía para mantener el mismo nivel de fin de evitar pasar por debajo de - metafóricamente hablando, el agua que se infiltra del caos tiene que ser bombeada, de forma permanente.

Los científicos del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Dortmund han descubierto cómo las células de asegurar la correcta distribución de las proteínas a través de su interior. Lo que hemos encontrado es que muchas de las proteínas que deben ser transportadas a la membrana celular están equipadas con una especie de ancla que consiste en un ácido graso, que sirve para integrar las proteínas de la membrana celular. Pero ya que la membrana es también desde donde acceder a los orgánulos celulares, el ancla se retira de las proteínas después de un corto tiempo. Así que la célula adopta un abordaje inespecífico de tapar esta fuga, a diferencia de cuando se les transporta a la membrana. Al descubrir esto, los científicos han levantado la tapa en el simple principio de que las células usan para controlar la localización de complejos de proteínas y por lo tanto mantener un alto nivel de orden. Además, estos resultados también pueden allanar el camino a nuevos métodos de tratamiento contra el cáncer: en un estudio adicional a los científicos gestionado con éxito para mezclar la distribución espacial de la proteína Ras el cáncer con un nuevo inhibidor, lo que perturbaría sus señales de la transformación. (Celular, 23 de abril de 2010; Nature Chemical Biology, 25 de abril de 2010)

Imagen de la distribución espacial de la proteína Ras (fluorescente azul), que está incrustado en la membrana celular (EDGE) y el aparato de Golgi-aparato (centro). Este fotomontaje muestra cómo los patrones de distribución de Ras se mantienen en equilibrio: el Ras, equipada con un ancla de lípidos (rojo), se transporta en vesículas de membrana (círculos azules) desde el aparato de Golgi-aparato de la membrana celular. La enzima Apt1 (verde) se elimina el ancla palmitoilación en los Ras-moléculas, que se acumulan en las membranas de otros. El depalmitoylated Ras (naranja) y luego nadar libremente a través de la célula y son absorbidos por el aparato de Golgi, y el ciclo puede comenzar de nuevo. Las células por lo tanto el uso de un principio sencillo para el transporte y otras proteínas Ras palmitoylated a su destino: un centro de distribución localizado (Golgi), el transporte dirigido al destino, así como la eliminación universal de la marca de destino (depalmitoylierung) y rehabilitación y reinserción en el ciclo de transporte. Imagen: Philippe Bastiaens

Dentro de una celda hay un gran número de sustancias que deben ser transportados. Un organelo conocido como el aparato de Golgi sirve como el 'patio de maniobras "para el proceso. Proteínas y otras sustancias se prepararon para hacer sus respectivos trabajos y preparado para el transporte en el interior del aparato de Golgi, que está rodeado por una membrana propia. Pequeñas burbujas (vesículas) se pellizcan de la membrana y dirigidas hacia su destino final. Muchas de las proteínas que deben ser transportadas a la membrana celular son los primeros equipados con una molécula de ácido graso, o lípidos. Este proceso, conocido como palmitoilación, dota a las proteínas de membrana con una especie de etiqueta con la dirección y los manda fuera de la membrana celular. La célula utiliza este transporte dirigido desde el aparato de Golgi a la membrana celular como medio de contrarrestar el permanente "fuga" en otras membranas que se produce. Esto es importante porque, además de la membrana de la célula, la célula se llena con las membranas de los organelos conectados entre sí a través de vesículas. En consecuencia, las proteínas de la membrana palmitoylated, originalmente destinados a la membrana de la célula única, también llegan a otros lugares. Con el tiempo, estas proteínas luego se distribuyeron al azar en toda la célula.

Los científicos de Dortmund fueron capaces de usar las últimas técnicas de microscopía para monitorear a medida sondas moleculares en las células vivas y por lo tanto analizar la ubicación y el transporte de proteínas palmitoylated en tiempo real. Lo que encontraron es que palmitoilación se lleva a cabo principalmente en el aparato de Golgi. A partir de ahí, las proteínas palmitoylated llegar a la membrana de la célula en la superficie de las vesículas que se pellizcan. Con el fin de evitar que las proteínas se acumulen en otras membranas, enzimas especiales quitar el ancla de lípidos de todas las proteínas palmitoylated indiscriminadamente. Las proteínas entonces nadar libremente por toda la célula hasta que se ven arrojados de nuevo al mecanismo de transporte del aparato de Golgi. De esta manera, la célula se asegura que las proteínas mal dirigido de forma rápida y continuamente pasan a engrosar la red de transporte y llegar a su destino correcto. "Un estado de este tipo, uno que no está en equilibrio y sólo puede ser sostenida por el consumo de energía constante, es lo que caracteriza toda la vida - en contraste con complejos sistemas no vivientes, como los cristales, que ocupan un estado de equilibrio con un consumo mínimo de energía ", explica Philippe Bastiaens, Jefe del Departamento de Biología Celular sistémica en el Instituto Max Planck de Fisiología Molecular. Por lo tanto, los científicos han descubierto un principio fundamental de la vida.

Tarea compleja, una solución sencilla

Pero, ¿cómo la célula sabe que las proteínas deben ser abordados a la membrana celular mientras están en el aparato de Golgi? Según los científicos, cualquier proteína puede obtener un anclaje de lípidos si tiene el aminoácido llamado cisteína fácilmente accesible en su superficie. A continuación, se transporta automáticamente a la membrana celular. Transporte, por lo tanto no requiere de ningún receptor que se unen específicamente a la proteína en el sitio celular donde se supone que debe ir.

Este es un ejemplo fascinante de cómo los procesos complejos pueden ser controlados con simples leyes físicas y químicas. En las primeras miradas, que parece ser un gran desafío para identificar las proteínas que necesitan ser transportados a un lugar determinado, para detectar cualquier que han sido transportados a un lugar equivocado, y para evitar que irradiaba de su destino final. Sin embargo, la célula logra esto de una manera muy simple sin ningún tipo de receptores adicionales o mecanismos de regulación. Otros sistemas de auto-organización, también - como las colonias de insectos - a menudo trabajan en principios relativamente simples. Que de otro modo sería incapaz de manejar la multitud de tareas que deben realizar. "Estos resultados representan un hito. Se va a cambiar significativamente la manera en la biología celular se lleva a cabo. Es sólo cuando nosotros, como los científicos a comprender los principios por los que funciona la vida que son realmente capaces de entender la vida. Centrándose en las muchas vías de señalización diferentes dentro de la celular en realidad no ayuda mucho ", dice Philippe Bastiaens.

Nueva sustancia inhibe la proteína anticancerígena

El grupo de investigación, incluso dio un paso más, sentando las bases para las conclusiones que pudieran ser aplicados en el tratamiento del cáncer. La proteína Ras es un gran representante de las proteínas palmitoylated. Las mutaciones en el gen ras se encuentra en muchos tumores. Sin embargo, sólo es capaz de funcionar plenamente cuando se inserta en la membrana celular y no entrar en ninguna otras membranas. Así que los científicos desarrollaron un inhibidor de la que llamaron B palmostatin para contrarrestar la enzima responsable de desmontar el anclaje de los lípidos. Cuando la enzima está apagado, el palmitoylated Ras permanece incrustado en la membrana celular, de donde se pone en la membrana de otros orgánulos celulares. "Este es un enfoque completamente nuevo - y que en realidad va contra el sentido común Es por eso que nunca se tomó ninguna medida en la investigación farmacéutica Lo que hicimos fue la siguiente: en lugar de transporte inhibición dirigida desde el aparato de Golgi, que promueve la distribución al azar dentro de la.. célula ", explica Herbert Waldmann, Jefe del Departamento de Biología Química en el Instituto Max Planck de Dortmund.

Por primera vez, los científicos utilizando B palmostatin fueron capaces de inhibir la proteína Ras sin apagarlo por completo. Si Ras es totalmente inactiva, incluso las células sanas mueren. Por el contrario, la distribución al azar dentro de la célula sólo suprime los efectos nocivos de la mutación de la proteína Ras. Las células cancerosas se convierten así en las células normales de nuevo. Gracias a este descubrimiento, los tumores dependientes de Ras podría algún día ser tratados de una manera que no daña las células sanas.

Last Update: 9. October 2011 21:45

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