La vida empieza con Juno e Izumo

Los investigadores describen por vez primera cómo el óvulo abre paso al espermatozoide

La clave de la fecundación está en dos proteínas

 

El mecanismo inicial por el que un óvulo reconoce a un espermatozoide y le despeja el camino de entrada para ser fecundado dando lugar al estallido en cadena de reacciones bioquímicas que desemboca en la formación de una nueva vida (primero un cigoto, luego un embrión, más tarde un feto) ha dejado de ser un misterio para los investigadores.

Científicos del Wellcome Trust Sanger Institute describen por vez primera en Nature cómo el hasta ahora desconocido receptor Juno, que han encontrado en la superficie del óvulo, identifica a su ligando en la capa exterior del espermatozoide (la proteína Izumo). Lo hace bajo un sistema de llave y cerradura en el que, cuando se encuentran ligando y receptor, el óvulo abre la puerta de entrada al espermatozoide, lo que desemboca en la fusión de ambos a la vez que se cierra el paso a nuevos gametos masculinos (y posibles lesiones cromosómicas).

La descripción del inicio de la fecundación era uno de los secretos que desconocía la ciencia hasta el momento

Este procedimiento de comunicación intercelular se ha observado en ratones, pero el hecho de que tanto Juno como Izumo se hallen en los gametos humanos permite pensar en futuras aplicaciones tanto en tratamientos de infertilidad como en nuevos métodos anticonceptivos.

El enigma de lo que sucedía en el primer instante del encuentro entre un espermatozoide y un óvulo era, en realidad, una incógnita a medias. Al menos, desde el año 2005. Entonces, un grupo de investigadores japoneses identificaron el ligando en los espermatozoides (la llave) y denominaron a esta proteína Izumo por el santuario sintoista japonés del mismo nombre vinculado al matrimonio.

Entonces comenzó la búsqueda del receptor. Una compleja tarea que nueve años después ha concluido con el hallazgo de Juno, la cerradura molecular de la superficie del óvulo que permite el acceso del espermatozoide. Se trata del receptor de folato 4 (Folr4), y que, en este caso, ha sido bautizado como Juno en honor a diosa romana de la maternidad.

La búsqueda no fue una tarea sencilla. Para dar con Juno, los investigadores diseñaron una versión artificial de la proteína Izumo que usaron para emparejarla con moléculas candidatas de la superficie del óvulo. De esta forma advirtieron que Juno interactuaba con la copia de Izumo en la fase inicial de la fertilización. Una vez identificado el objetivo, había que confirmarlo. El paso siguiente fue desarrollar ratones modificados a los que eliminaron la proteína Juno de los óvulos. Comprobaron que estos roedores de laboratorio eran infértiles y que no tenían capacidad de fundirse con los espermatozoides, por lo que advirtieron que se trata de una proteína esencial en la fecundación entre mamíferos. El mismo resultado obtuvieron cuando, a la inversa, anularon la presencia de Izumo en los gametos masculinos.

Es un trabajo realmente bueno

Carlos Simón, catedrático de ginecología e investigador del Instituto Valenciano de Infertilidad

“Hemos resuelto uno de los misterios que permanecía durante más tiempo oculto en la biología al identificar las moléculas del óvulo y el espermatozoide que deben asociarse en el momento en el que somos concebidos”, apunta Gavin Wright, del Sanger Institute y autor principal del trabajo.

“Es un trabajo realmente bueno que nos muestra un mecanismo biológico desconocido, de elevada calidad y que aporta numerosas pruebas”, sostiene Carlos Simón, catedrático de ginecología de la Universidad de Valencia y responsable de investigación del Instituto Valenciano de Infertilidad (IVI). “De momento es verdad que se ha demostrado solo en ratones, y el hecho de que las dos moléculas estén en los gametos humanos no implica que funcione igual”, añade. “Habrá que ver si el procedimiento descrito es tan relevante en humanos, yo voy a tratar de reproducirlo en cuanto pueda”, comenta.

José Antonio Castilla sostiene que la inyección microespermática ya resuelve los prosibles problemas de comunicación entre Juno e Izumo

Además, Simón destaca las posibles aplicaciones que puede tener en el conocimiento de la infertilidad. “En los tratamientos de reproducción tenemos un 15% de casos fallidos en los que el espermatozoide no fecunda al óvulo; este trabajo podría explicarlos”. Si el mecanismo descrito es trasladable a las personas, también podría emplearse para nuevos abordajes en la contracepción: “Se podrían diseñar antígenos para bloquear los receptores ováricos (Juno) e impedir así que los espermatozoides se abran paso y fecunden el gameto femenino”.

José Antonio Castilla, secretario general de la Sociedad Española de Fertilidad (SEC), es menos entusiasta. “No tenemos tan claro que la entrada del espermatozoide en el óvulo dependa solo de un receptor”, comenta el ginecólogo. Además, apunta que el hallazgo quizás sirva para conocer la causa que está detrás de algunos casos de infertilidad, pero detalla que ya existen herramientas para salvar la falta de comunicación entre espermatozoide y óvulo. El secretario general de la SEF relata que en buena parte de los tratamientos con fecundación in vitro se recurre a la microinyección espermática para fecundar al óvulo. Esta técnica consiste en introducir el espermatozoide en el óvulo con una inyección. Ni llave ni cerradura: una patada en la puerta del óvulo para forzar de forma expeditiva en el laboratorio la unión entre Juno e Izumo y su falta de entendimiento.

La vida empieza con Juno e Izumo | Sociedad | EL PAÍS.

Crean músculo que se cura solo y funciona como uno real

Científicos modificaron genéticamente las fibras del músculo para crear fluorescencia y así poder ver los progresos.

Un tejido blando que se contrae con fuerza y rapidez y que además tiene la capacidad de curarse. Se trata de un músculo creado en el laboratorio que, por primera vez, se integra bien en un ser vivo.

Científicos de la Universidad de Duke, en Carolina del Norte, Estados Unidos, lograron hacer crecer el tejido que se ve y funciona como uno real y que, gracias a su habilidad de autorrepararse, en un futuro podría utilizarse en tratamientos de medicina regenerativa.

No obstante, hasta ahora sólo se han hecho pruebas en ratones.

Los resultados de este trabajo, que está en una fase muy temprana, fueron publicadod en la revista Proceedingsof the National Academy of Sciences.

Para el equipo de investigación, el éxito estuvo en crear el ambiente perfecto para que creciera el músculo: fibras musculares contráctiles bien desarrolladas y una piscina de células madre inmaduras, conocidas como células satélite, que se pueden convertir en tejido muscular.

Cada músculo tiene de reserva células satélite, listas para activarse cuando hay una lesión y así empezar el proceso de regeneración. Las células esperan el llamado para trabajar en una especie de nichos.

«Sólo implantando células satélite o músculos menos desarrollados no funciona tan bien», explicó Mark Juhas, uno de los investigadores del estudio. «El músculo bien desarrollado que hicimos ofrece nichos en donde pueden vivir las células satélites y, cuando sea necesario, restaurar la musculatura y su función».

Para comprobar la eficiencia del músculo, los expertos realizaron una serie de pruebas en el laboratorio. Con la estimulación de impulsos eléctricos, pudieron verificar la fuerza contráctil, que era diez veces más fuerte que en cualquier músculo diseñado anteriormente.

Y después de dañarlo con una toxina, comprobaron cómo se podía reparar a sí mismo utilizando células satélites.

El siguiente paso fue probarlo en un ser vivo.

Como uno más

Cuando se injertó en ratones, el músculo pareció haberse integrado bien con los otros tejidos y empezó a hacer el trabajo requerido.

Los expertos modificaron genéticamente las fibras musculares para que producieran fluorescencia durante la contracción muscular. Esto les permitió ver cómo la fluorescencia aumentaba a medida que el músculo se hacía más fuerte.

«Es la primera vez que un músculo diseñado se contrae con la misma fuerza que el músculo esquelético de un recién nacido«  Profesor Nenad Bursac, jefe de la investigació

«Pudimos ver y medir en tiempo real cómo los vasos sanguíneos crecían dentro de las fibras musculares implantadas, madurando hasta igualar la fuerza de sus equivalentes nativos», explicó Juhas.

Sin embargo, los especialistas aclararon que se necesitan hacer más pruebas antes de dar el salto a seres humanos.

El jefe de la investigación, el profesor Nenad Bursac, dijo que el músculo creado «representa un gran avance» para la ciencia.

«Es la primera vez que un músculo diseñado se contrae con la misma fuerza que un músculo esquelético de un recién nacido», agregó.

El profesor Mark Lewis, de la universidad de Loughborough de Reino Unido y experto en diseño de tejidos de músculo esquelético, dijo hasta ahora muchos investigadores han logrado «crecer» músculos en el laboratorio que se pueden comportar de una forma parecida a los que hay en el cuerpo humano.

«No obstante, el trasplante de estos músculos a una criatura viviente y que siga funcionando como si fuera uno nativo es llevar el trabajo a un siguiente nivel», señaló.

En la comunidad científica hay muchas esperanzas de que las células madre, que pueden transformarse en cualquier tipo de tejido, revolucione la medicina regenerativa.

Hasta ahora los científicos han logrado crear mini hígados y riñones en el laboratorio con células madre. Otros se han enfocado en reparar el músculo del corazón con estas células.

Pero todavía quedan muchos años para que haya disponibles curas y tratamientos.

Crean células de hígado funcionales – BBC Mundo

Antes se había logrado crear células del hígado, pero no hacerlas funcionar.

En los últimos años, científicos han podido transformar células de la piel en células de órganos como el corazón, el páncreas o en neuronales. Pero no habían logrado hacerlas funcionar plenamente.

Ahora, investigadores en Estados Unidos descubrieron una forma de transformar las células de la piel en unas maduras y completamente funcionales células del hígado, que pudieron florecer por sí solas, incluso después de ser trasplantadas a ratones de laboratorio.

Este método de generar células maduras es considerado por expertos como un paso crucial hacia las terapias de medicina regenerativa.

Normalmente, para convertir una célula de piel en otra, primero deben transformarse en células madre.

No obstante, el equipo de la Universidad de California en San Francisco y los Institutos Gladstone logró producir células funcionales a partir de un nuevo método de reprogramación celular.

«Estudios anteriores intentaron reprogramar células de la piel a células madre pluripotente, para que entonces pudieran crecer células del hígado», explicó el doctor Sheng Ding, uno de los autores del estudio publicado en la revista Nature.

«Sin embargo, generar estas llamadas células madre pluripotente inducidas y transformarlas en unas de hígado, no siempre había resultado en una completa transformación. Así que nosotros pensamos que, en vez de llevar a estas células de la piel todo el camino de vuelta a unas pluripotente, quizás podríamos llevarlas a una fase intermedia», agregó.

Mitad de camino

Hasta ahora se reprograman células de la piel en células madre para luego convertirlas en células de otras partes del cuerpo.

Así fue como los expertos utilizaron un «cóctel» de genes reprogramadores y compuestos químicos que transformaron las células de piel humanas a unas células que se asemejaban al endodermo. Estas células se forman en la fase embrionaria y son las responsables de formar buena parte del aparato digestivo, el hígado y el páncreas, entre otros.

Esto, según el co autor del estudio Saiyong Zhu, les permitió generar una gran reserva de células «que estarían más dispuestas a convertirse en células del hígado». Para ello, los investigadores descubrieron un grupo de genes y compuestos que podían transformar las células endodermo en unas funcionales de hígado. «Estas empezaron a tomar la forma de células del hígado e incluso empezaron a realizar funciones normales», explicó por su parte otro de los científicos involucrados, Milad Rezvani.

Una vez que lograron estos resultados en el laboratorio, los expertos quisieron averiguar cómo las células reprogramadas se comportarían en un hígado. Trasplantaron estas células al hígado de ratones genéticamente modificados. Durante un período de nueve meses, el equipo monitoreó la función de la célula, así como su crecimiento, y notaron que se estaban convirtiendo en unas maduras y funcionales.

Casi un año después, estas células no mostraron señales de bajar el ritmo.

«Todavía quedan muchas preguntas por contestar, pero el hecho de que estas células puedan madurar en su totalidad y crecer durante meses tras ser trasplantadas es extremadamente prometedor», señaló el profesor Holger Willenbrig, profesor asociado de la Universidad de California.

Crean células de hígado funcionales – BBC Mundo – Noticias.

Estructura del transportador de dopamina

Flagellum. Impulsando la comprensión de la ciencia.

Muchos antidepresivos y otras sustancias como la archiconocida droga cocaína actúan bloqueando el transporte de neurotransmisores a través de las membranas de las células nerviosas y gliales. Los neurotransmisores liberados en el espacio sináptico, en una sinapsis, deben ser eliminados del mismo para permitir la siguiente comunicación neuronal. De esto se encargan unas proteínas transportadoras de neurotransmisores situadas en la membrana pre-sináptica. Es una especie de reciclaje de las moléculas que sirven de mensajeros entre neurona y neurona. También denominados recaptadores y son críticos para el buen funcionamiento de las sinapsis.

Estructura de la proteína transportadora de dopamina, bloqueada por el antidepresivo tricíclico nortriptilina. El transporte del neurotransmisor al interior de la neurona presináptica queda bloqueado. Estas sustancias se utilizan como antidepresivos. las sinapsis.

Hasta ahora no conocíamos la estructura de estas proteínas y se utilizaba de modelo unas proteínas muy parecidas relacionadas evolutivamente, que se encuentran en bacterias, son…

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Revista Bionoticias 1ª Semana de Abril

Usal Biologica

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Descubierto un nuevo delfín de río en el Amazonas

El hocico alargado y fino le permite cazar fácilmente a este ejemplar de delfín Araguaia Nicole Dutra.

En medio del Amazonas -el bosque tropical más extenso del mundo, donde se encuentra más de la mitad de la biodiversidad a escala mundial- discurre un río de más de dos mil kilómetros de longitud, el río Araguaia. Sus aguas, que cruzan la parte central de Brasil y desembocan en el Atlántico, albergan a una especie de delfín de río desconocida hasta ahora, bautizado como el delfín Araguaia (Inia Araguiaensis).

La primera vez que se tuvo constancia de los delfines de agua dulce fue en el año 1918. Ahora, casi un siglo después, se ha vuelto a descubrir una nueva especie. Los delfines de río, gracias a su largo y fino hocico dentado, cazan fácilmente a los peces. Además, su cuello, a diferencia de los delfines de océano, le permite mayor movilidad ya que sus vértebras cervicales no están fusionadas.

Los autores de esta investigación, publicada en la revista científicaPlos One, señalan que su objetivo era estudiar a las dos especies de delfines que conocían hasta el momento en la zona (Inia geoffrensis e Inia boliviensis), ya que «gran cantidad de la fauna del Araguaia se comparte con la cuenca del Amazonas, pero las dos cuencas se han separado desde la transición del Plioceno al Pleistoceno. Así que decidimos ver si los delfines también eran distintos», señala Tomas Hrbek, principal autor del estudio, a EL MUNDO.

Hrbek reconoce que tanto él como su equipo, antes de haber confirmado sus resultados, estaban ya muy emocionados ante la posibilidad de haber dado con una nueva especie. «En primer lugar nos sorprendió», afirma el científico. «Para asegurarnos y confirmar que habíamos dado con una nueva especie, realizamos los experimentos con el ADN mitocondrial. Después de los experimentos replicados, decidimos usar marcadores nucleares [un análisis en el laboratorio sobre un segmento del cromosoma para identificar las partes que tienen en común dos individuos] y estudiar la morfología».

Mientras comparaban las muestras en sus laboratorios, este grupo de seis científicos pertenecientes a la Universidad Federal del Amazonas (UFAM) concluyeron que había una clara evidencia de que los individuos que viven en el Río Araguaia representan, biológicamente, un grupo distinto.

Esta especie surgió hace casi dos millones de años, y su número de individuos es bajo: se calcula que puede haber aproximadamente 1.500 delfines araguaia. Además, con respecto a su distribución, Tomas cuenta que están «casi seguros de que también se encuentra en el río Tocantis», que se une en el curso bajo del Araguaia y que juntos desembocan en el Atlántico.

Un bajo número de ejemplares

En total se recogieron muestras de ADN mitocondrial de 121 delfines: 45 individuos de Inia Boliviensis, 44 de Inia Geoffrensis y 32 de Inia araguaiensis. Tras comparar los resultados, pudieron observar las diferencias que existían del delfín araguaia con otros delfines de río: «tienen principalmente menos dientes, pero la muestra para el análisis morfológico no permite que probemos esta estadística, y algunas pequeñas diferencias en la forma y tamaño del cráneo y las mandíbulas», detalla el científico.

Los investigadores advierten que hoy el delfín de río está en peligro de extinción debido a su rareza. De hecho, el famoso delfín de río Baiji(Lipotes vexillifer), que se encontraba exclusivamente en el río Yangtze (China), se declaró como extinguido en el año 2007 tras hacer una expedición para buscar ejemplares. A pesar de que un vecino de la zonaavistó un ejemplar en el 2008, no se ha vuelto a ver a ningún otro miembro de esta especie.

Desde la década de 1960 la cuenca del río Araguaia ha experimentado grandes cambios por las actividades agrícolas, ganaderas, y la construcción de presas hidroeléctricas, que han tenido efectos negativos en el ecosistema. Por lo tanto, es probable que el número de delfines araguaiensis se haya visto afectado.

Descubierto un nuevo delfín de río en el Amazonas | Ciencia | EL MUNDO.

¿Qué es el vórtice polar que azota a EE.UU. y Canadá? – BBC Mundo

Las imágenes de los efectos que la ola de frío está provocando en Estados Unidos están dando la vuelta al mundo, y en muchas de las noticias se menciona a un culpable: el vórtice polar.

¿Pero qué es exactamente?

Los vórtices polares son fenómenos climáticos que están presentes todo el tiempo: áreas de aire giratorio sobre los dos polos, que se ubican en la media y alta tropósfera y la estratósfera, y que se mueven a diferentes velocidades. Gracias a ellos, el aire frío y denso se mantiene sobre los polos.

Son ciclones permanentes que se hacen más fuertes y amplios en los inviernos y se debilitan durante los veranos.

Tal como explica John Hammond, del centro meteorológico de la BBC, múltiples factores climáticos hacen que ese aire frío «encerrado» por el vórtice polar se libere repentinamente, y descienda hasta las capas inferiores de la atmósfera, provocando los estragos que padecen ahora los habitantes del noreste de América del Norte.

Corriente de chorro

Sin embargo, Alex Deakin, otro experto meteorólogo, cree que lo que está sucediendo tiene más que ver con otro fenómeno que ocurre en lo alto de la atmósfera: la corriente de chorro polar, un fuerte y estrecho flujo de aire concentrado.

Deakin explica que el aire frío ha estado sobre Canadá desde hace varias semanas, mientras que en Estados Unidos las temperaturas han sido relativamente suaves.

Ese contraste, explica Deakin, es lo que impulsa a la fuerte corriente fría que mueve áreas de baja presión a través del centro de Estados Unidos hacia la región de los Grandes Lagos y el noreste del país.

Esos sistemas de baja presión han producido las grandes nevadas que se han visto. Pero detrás de las últimas de esas áreas de baja presión, dice Deakin, viene el aire frío de verdad: los vientos glaciales están haciendo descender el aire frío, que efectivamente proviene del polo.

La fuerza del viento sumada al aire extremadamente frío es la que está causando problemas.

Las temperaturas de menos de -26 ºC se han visto intensificadas en decenas de grados más allá del punto de congelación a causa del viento, algo que supone un peligro para quienes salen a la intemperie: uno puede congelarse en cuestión de minutos.

La ola polar está dejando récords históricos: este martes, en Winnipeg, la capital de la provincia canadiense de Manitoba, se registraron -34 ºC, pero a causa del viento helado, la sensación térmica llegó a -47ºC. No hacía tanto frío desde 1966, cuando los termómetros marcaron -40.6°C.

Además, y gracias a la corriente, el frío ya no está confinado a la región de los Grandes Lagos, sino que se extiende hacia al sur y llegará tan lejos como hasta Texas.

¿Qué es el vórtice polar que azota a EE.UU. y Canadá? – BBC Mundo – Noticias.

La ONU proclama 2015 Año Internacional de la Luz

Su objetivo es destacar la importancia de las tecnologías basadas en la luz que pueden ofrecer soluciones a problemas mundiales sobre energía, educación, agricultura y salud

La Asamblea General de la ONU ha proclamado 2015 como Año Internacional de la Luz, coincidiendo con varios aniversarios de descubrimientos en el área desde hace mil años y con el objetivo de destacar “la importancia de las tecnologías basadas en la luz que pueden promover el desarrollo sostenible y ofrecer soluciones a los problemas mundiales sobre energía, educación, agricultura y salud”, explica la Sociedad Europea de Física en un comunicado. Participarán en ese año conmemorativo la Unesco, sociedades y uniones científicas, instituciones educativas, plataformas tecnológicas, organizaciones sin ánimo de lucro y socios del sector privado.

“Un Año Internacional de la luz es una gran oportunidad para dar a conocer a los responsables políticos y a las grandes corporaciones internacionales la gran capacidad y potencial que tiene la tecnología de la luz como solucionadora de problemas”, ha señalado John Dudley, presidente de la Sociedad Europea de Física y del comité directivo del año (IYL en sus siglas en inglés). “La fotónica ofrece soluciones prácticas soluciones prácticas y rentables a problemas y retos dentro de un gran abanico de áreas”, señala, poniendo un ejemplo: “las innovaciones realizadas en materia de iluminación reducen el consumo de energía y el impacto ambiental, al mismo tiempo que minimizan la contaminación lumínica, de tal manera que todos podamos apreciar la belleza del universo gracias a un cielo oscuro. El IYL2015 es una oportunidad única para crear conciencia mundial de los avances en este campo”.

Los organizadores del IYL destacan la importancia de atraer a los jóvenes brillantes hacia la óptica y la fotónica “para asegurar una próxima generación de ingenieros e innovadores en este campo”. “La civilización no existiría sin luz, luz de nuestro Sol y luz de los láseres que se han convertido en una parte importante de nuestras vidas, desde los lectores de códigos de barras de lo supermercados a la cirugía ocular y las comunicaciones transoceánicas”, señala Ahmed Zewail, premio Nobel e investigador del Instituto de Tecnología de California (Caltech). Y otro nobel, John Mather, científico de la NASA, destaca: “La luz nos da vida a través de la fotosíntesis, nos permite ver hacia atrás en el tiempo hacia el Big Bang, nos ayuda a comunicarnos entre nosotros y, tal vez, nos ayude a encontrar a otros en el espacio”.

Mather recuerda que Einstein estudió la luz en el desarrollo de la Teoría de la Relatividad “convencido de que las leyes de la naturaleza que nos proporcionan la luz tienen que ser verdaderas sin importar cómo de rápido nos movamos. Ahora sabemos que incluso los electrones y los protones se comportan de modo similar a ondas de luz de manera que sigue asombrándonos. Y las tecnologías de óptica y fotónica desarrolladas para la exploración espacial han producido muchas aplicaciones derivadas interesantes para la vida diaria”.

La iniciativa del año de la luz fue presentada, en noviembre de 2013, por México. Ahora, Ana María Cetto, de la Universidad Nacional Autónoma de México explica que “el IYL2015 creará un foro para científicos, ingenieros, artistas, poetas y todos aquellos inspirados en la luz con el fin de lograr una interacción entre ellos así como también con el público para aprender más sobre la naturaleza de la luz, sus múltiples aplicaciones y sus papel en la historia y la cultura de la sociedad”.

Entre otras muchas actividades, en 2015 se celebrarán los aniversarios de avances cruciales relacionados con la luz, como los trabajos sobre óptica de Ibn Al-Haytham durante la edad de oro del Islam, el concepto de la luz como una onda propuesto por Auguste Jean Fresnel en 1815; la teoría electromagnética de la propagación de la luz propuesta por James Clerk Maxwell en 1865, la teoría del efecto fotoeléctrico formulada por Einstein en 1905 y la curvatura de la luz en el espacio por la Teoría de la Relatividad General de 1915; es descubrimiento de la radiación cósmica de fondo por Arno Penzias y Robert Wilson en 1965 y los logros de Charles Kao ese mismo año, sobre la transmisión de la luz por fibras para comunicación óptica.

El año internacional cuenta con el apoyo de asociaciones científicas internacionales y será administrado por un comité directivo en colaboración con el programa Internacional de ciencias Básicas de la Unesco y una secretaría en el Centro Internacional de Física Teórica Abdus Salam (ICTP). Además, cuenta con el apoyo de la Sociedad Europea de Física, la Sociedad Internacional para la Óptica y la Fotónica (SPIE), la Sociedad Óptica (OSA), la Sociedad de Fotónica (IEEE), la Sociedad Americana de Física y la red lightsources.org.

La ONU proclama 2015 Año Internacional de la Luz | Sociedad | EL PAÍS.

El mortífero supervolcán de Yellowstone, aún más grande

Su erupción, hace más de 600.000 años, tuvo efectos catastróficos en todo el planeta y los científicos esperan que otra vuelva a ocurrir en el futuro

http://www.abc.es/videos-opinion/20131219/materia-oscura-supervolcan-parque-2951155769001.html

El mortífero supervolcán de Yellowstone, aún más grande – ABC.es.

¿Es misógina la ciencia?

• Dos trabajos denuncian la desigual representación de las mujeres en ese terreno
• Muestran que ellas reciben menos financiación para sus proyectos de investigación
• Los trabajos liderados por mujeres son mucho menos citados por sus colegas

Reciben menos financiación para sus trabajos y están infrarrepresentadas en las publicaciones científicas. Dos estudios (en Nature y British Medical Journal Open) coinciden esta semana en denunciar la desigual representación de las mujeres en ese terreno.

En el primer trabajo, liderado por Vincent Larivière, de la Universidad de Montreal (Canadá), se analizó la autoría principal de más de 5,4 millones de artículos científicos publicados entre 2008 y 2012. Los autores, que se centraron únicamente en aquellos con revisión por pares (es decir, evaluados por otros científicos), llegaron a la conclusión de que los trabajos liderados por mujeres son mucho menos citados por sus colegas y tienen menos colaboraciones internacionales.

Concretamente, por cada estudio en el que una mujer es la primera autora, existen dos firmados por un hombre. Pero el problema de las mujeres en la ciencia no es sólo una cuestión cuantitativa, en el segundo de los trabajos se denuncia que cuando ellas ponen en marcha un ensayo científico reciben menos financiación que los hombres, especialmente si su objeto de estudio son enfermedades infecciosas.

A pesar de que las mujeres constituyen el 50% de los estudiantes en la Unión Europea y el 45% de los alumnos de doctorado, sólo una tercera parte de los investigadores lleva tacones. Una realidad que se ha mantenido prácticamente sin cambios en los últimos 10 años. Como aseguran los autores del estudio (dos hombres y dos mujeres), «las mujeres están infrarrepresentadas en la ciencia biomédica» y para más inri, reciben menos ayudas económicas para desarrollar sus proyectos de laboratorio. Es cierto, como admite Larivière, que es difícil establer una sola causa para este fenómeno, «pero es un fenómeno que hay que definir para tomar medidas que nos ayuden a comprender y abordar esta situación».

Menos subvenciones

Después de analizar las subvenciones que el gobierno británico ha concedido a investigaciones de enfermedades infecciosas desde 1997 hasta 2010, los autores del segundo trabajo, de la Universidad College London (Reino Unido), han concluido que «los hombres recibieron financiaciones significativamente superiores a las de las mujeres».

En el trabajo se incluyeron 6.052 estudios, el 72% (4.357) de ellos y el 28% (1.695) de ellas. En conjunto, estos estudios percibieron un total de 2.274 billones de libras (unos 2,7 billones de euros). A los hombres se les otorgó la mayor parte de dicha inversión (1.786 billones de libras, el 78,5%) y a las mujeres el resto (488 millones de libras, el 21,5%).

Una diferencia notable que se notó sobre todo en las investigaciones relacionadas con la candidiasis (en las que ellos recibieron ayudas 47 veces mayores que las mujeres) y el rotavirus (33 veces más). Donde se observaron menos diferencias fue el estudio del dengue y la leishmaniasis, en los que ellos obtuvieron entre 1,05 y 1,55 veces más de ayudas económicas que ellas. Sólo se registraron ayudas superiores en estudios realizados por mujeres sobre la lepra, la difteria, la sífilis, la clamidia y el virus varicela-zóster, pero en el mejor de los casos, la subvención fue de 0,54 veces más que la concedida a los hombres.

En cuanto a las ayudas ofrecidas a los proyectos individuales, las mujeres también recibían menos dinero que ellos. El valor medio de una subvención concedida a un hombre fue de 179.389 libras en comparación con las 125.556 libras para las mujeres.

Como señalan los autores, «aún hay pocos estudios que exploren las razones por las que ocurre esto». De hecho, «en nuestro estudio tampoco pudimos evaluar la tasa de éxito y de fracaso de las solicitudes de subvención en función del género», por lo que «no podemos saber si ellas piden menos subvenciones», por ejemplo. Del mismo modo, «no pudimos valorar quién era el investigador de más antigüedad ni cuántos hombres y mujeres científicos había a nivel senior […] Quizás de aquí se pudieran extraer los motivos de la diferencia».

No obstante, teniendo en cuenta la «sustancial, clara y consistente» distancia que hay entre las subvenciones a científicos y científicas, «los responsables políticos deberían indagar y reflexionar sobre las razones que hay detrás y desarrollar políticas con las que se asegure que la mujer científica va a recibir el apoyo necesario para su labor profesional».

¿Es misógina la ciencia? | Salud | EL MUNDO.

Convierten células madre humanas en células pulmonares funcionales

Los hallazgos tienen relevancia para la enfermedad pulmonar, la detección de fármacos, y, en última instancia, para generar tejido pulmonar para trasplantes

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Muchas patologías pulmonares se beneficiarán de esta adelanto científico

Investigadores del Centro Médico de la Universidad de Columbia (CUMC), en EE.UU., han logrado transformar células madre humanas en células de pulmón y vías respiratorias funcionales. El avance, publicado en Nature Biotechnology, tiene una gran relevancia especialmente para la enfermedad pulmonar, la detección de fármacos, estudiar el desarrollo del pulmón humano y, en última instancia, generar tejido pulmonar para trasplante.

Para el coordinador del estudio, Hans-Willem Snoeck, este «relativo éxito» en la transformación de las células madre humanas en células del corazón, beta del páncreas, intestinales, del hígado y nerviosas, abre todo tipo de posibilidades para la medicina regenerativa. «Ahora, somos por fin capaces de fabricar células pulmonares y de las vías respiratorias», afirma. En su opinión este logro es especialmente «relevante» en este caso debido a que los trasplantes de pulmón tienen un pronóstico particularmente malo.

A pesar de que todavía pasarán algunos muchos años para cualquier aplicación clínica de este logro, el investigador entiende que se puede empezar a pensar en hacer trasplantes pulmonares autólogos, es decir, trasplantes que utilizan las propias células de la piel de un paciente para generar tejido pulmonar funcional.

Alternativa a células madre

La investigación se basa en el descubrimiento del propio Snoeck en 2011 de un conjunto de factores químicos que pueden convertir células embrionarias o células madre pluripotentes inducidas (iPS) humanas en células del endodermo del intestino anterior, precursor de las células del pulmón y las vías respiratorias. Las células iPS humanas se parecen mucho a las células madre embrionarias humanas pero se generan a partir de células de la piel, persuadiéndolas para ralentizar su desarrollo. Las células iPS humanas pueden ser estimuladas para diferenciarse en células especializadas, ofreciendo a los investigadores una alternativa a las células madre embrionarias humanas.

En este trabajo, Snoeck y su equipo encontraron nuevos factores que pueden completar la transformación de las células embrionarias humanas o células iPS en células epiteliales de pulmón funcionales (células que cubren la superficie del pulmón). El equipo vio que las células resultantes expresan marcadores de al menos seis tipos de células epiteliales de pulmón y de las vías respiratorias, en particular los marcadores de las células epiteliales alveolares de tipo 2. Las células de tipo 2 son importantes porque producen surfactante, una sustancia fundamental para mantener los alveolos pulmonares, donde se produce el intercambio gaseoso, y que también participan en la reparación del pulmón después de lesiones y daños.

Los resultados tienen implicaciones para el estudio de diversas enfermedades pulmonares, como la fibrosis pulmonar idiopática, en las que se piensa que las células tipo 2 del epitelio alveolar juegan un papel central. «Nadie sabe qué causa la enfermedad y no hay manera de tratarla. Gracias a esta tecnología los investigadores serán capaces de crear modelos de laboratorio de fibrosis pulmonar idiopática para estudiar la patología a nivel molecular y hallar dianas para posibles tratamientos o curas», resalta Snoeck.

Injerto autólogo

Este experto adelanta que, a largo plazo, se podría utilizar esta tecnología para hacer un injerto autólogo de pulmón. «Esto implicaría tener un pulmón de un donante del que eliminar todas las células del pulmón y dejar sólo su andamio y sembrar el andamio con nuevas células de pulmón derivadas del paciente, pudiendo evitarse así problemas de rechazo», señala Snoeck, que está investigando este enfoque en colaboración con científicos del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Columbia. «Estoy muy emocionado con esta colaboración con Hans Snoeck para integrar la ciencia de células madre con la bioingeniería en la búsqueda de nuevos tratamientos para la enfermedad de pulmón», dice Gordana Vunjak-Novakovic, coautora del artículo y profesora de la Fundación Mikati de Ingeniería Biomédica en la Escuela de Ingeniería de Columbia.

Convierten células madre humanas en células pulmonares funcionales – ABC.es.

La célula: una biblioteca de imágenes

Dos recursos gratuitos imprescindibles para los estudiantes de citología e histología. Buenas resoluciones en las fotografías y unas explicaciones más que suficientes de las figuras. 

Ojalá dentro de unos años podáis vosotros añadir imágenes de vuestras investigaciones en estos y otros blogs universitarios. GRACIAS MIL!

 

 La célula: una biblioteca de imágenes – Imágenes de Cellcomponent: retículo endoplasmático.

La diabetes incrementa el riesgo de padecer cáncer de mama y colon

La obesidad es el nexo común de esas patologías, y va en aumento

Células cancerosas dividiéndose. / GETTY

Los enfermos de diabetes sufren un mayor riesgo de padecer cáncer de mama y de colon y también de fallecer por estas enfermedades. Es la principal conclusión de un trabajo que ha revisado los datos de 20 artículos científicos con información de más de 1,9 millones de pacientes. “Es la primera vez que estudiamos la relación entre la diabetes y la incidencia y mortalidad por estos dos tipos de cáncer excluyendo el resto de causas de muerte, incluidas las cardiovasculares”, ha explicado a EL PAÍS la autora principal del estudio, Kirstin De Bruijn, del Departamento de Cirugía en el Centro Médico de la Universidad Erasmus de Rotterdam (Holanda).

Los enfermos de diabetes “sufren un riesgo un 23% mayor de desarrollar cáncer de mama”, ha explicado la investigadora. Una vez desarrollan la patología, el riesgo de fallecer a causa de la misma tras el diagnóstico es un 38% superior que el de los pacientes no diabéticos. En el caso del cáncer de colon, el riesgo de padecerlo aumenta un 26%, mientras que la probabilidad de fallecer a causa del mismo se incrementa en un 30%. El estudio aparece en la edición de octubre del British Medical Surgery y se ha presentado hoy en el Congreso Europeo de Cáncer que se celebra en Amsterdam, al que EL PAÍS acude invitado por Boehringer Ingelheim.

Los autores han revisado los artículos publicados en los últimos cinco años en las tres principales bases de datos médicas. El objetivo era contar con los datos más actualizados y excluir la posible influencia de otras causas en la relación entre diabetes mellitus –sobre todo la tipo 2, que se desarrolla en pacientes obesos por resistencia a la insulina, aunque no todos los estudios elegidos distinguían entre ambas- y mortalidad en pacientes con cáncer. “Los resultados son consistentes con los de otros estudios anteriores pero muestran una asociación más fuerte entre la diabetes y la mortalidad por esos dos tipos de cáncer de la que se había evidenciado hasta ahora”, ha relatado De Bruijn. Los autores se han centrado en estos dos tipos de tumores y no han incluido otros cuya relación con la diabetes también es objeto de estudio científico.

En el estudio de los investigadores subyace el efecto de la obesidad, un factor de riesgo muy frecuente en estos pacientes. Las conclusiones del trabajo mantienen en alerta a los médicos. “El numero de obesos y, como consecuencia, la incidencia de la diabetes en el mundo no para de crecer”, ha dicho la autora. “Es preocupante que estas personas sufran un riesgo mayor de morir de cáncer”, ha añadido.

Lo que indica este estudio es que “si la obesidad sigue aumentando, lo mismo sucederá con el cáncer”. “Es muy importante que las campañas de prevención de la obesidad y de la diabetes se centren en los niños, para evitar que se conviertan en obesos y caben desarrollando cáncer de adultos”, advierte De Bruijn.

Los autores del estudio analizarán en el futuro el efecto que puedan ejercer otros factores asociados con la diabetes. “Parece que algunos tratamientos, como la metformina, son protectores, mientras que otros, como la insulina, podrían ser perjudiciales”, ha explicado De Bruijn.

La diabetes incrementa el riesgo de padecer cáncer de mama y colon | Sociedad | EL PAÍS.

Una nueva ‘receta’ para fabricar células embrionarias

Células iPS fabricadas a partir de un fibroblasto de la piel

• Juan Carlos Izpisúa descubre una receta alternativa a la fórmula de Yamanaka
• Las nuevas iPS serían más seguras y sencillas que las del investigador japonés

 

En 2006, el japonés Shinya Yamanaka revolucionó la biología moderna al descubrir que una célula adulta (de la piel, por ejemplo) podía volver a tener las mismas propiedades que cuando aún estaba en el embrión. Es decir, la posibilidad de volver a ser embrionaria y transformarse en cualquier tejido del organismo. Un equipo de investigadores españoles acaba de demostrar que existe una receta más sencilla y más segura para obtener ese tipo de células, bautizadas como iPS.

Los trabajos del japonés (que le valieron el Nobel en 2012 por su hallazgo) demostraron que era posible añadir en la célula adulta cuatro genes para hacer retroceder su reloj biológico a la etapa embrión. Es decir, disfrutar de todas las ventajas de trabajar con células embrionarias (que son muy plásticas), pero sin los problemas éticos de manipular embriones humanos.

Sin embargo, la fórmula Yamanaka tiene un problema, de los cuatro ingredientes utilizados OCT4, SOX2, KLF4 y c-MYC, el más imprescindible (OCT4) ha resultado ser también el más peligroso, porque está relacionado con la transformación de esas mismas células en malignas. Es decir, a lo largo del proceso pueden producirse fallos que ocasionen cáncer.

Un nuevo trabajo en la revista ‘Cell Stem Cell’, dirigido por el español Juan Carlos Izpisúa, director del Centro de Medicina Regenerativa de Barcelona (CMRB), parece haber hallado una fórmula más sencilla, pero también más segura, de obtener iPS.

Como él mismo explica a ELMUNDO.es, su ‘receta’ no consiste en añadir genes que fomenten la pluripotencialidad de la célula adulta, sino en alterar el equilibrio de sus propios genes. Es decir, para que los restos de pluripotencialidad que aún conserva una célula adulta pasen a mandar más que sus genes de diferenciación.

Los ingredientes tienen nombres complejos, como GATA3 o ZNF521; y de hecho, emplean también alguno de los factores Yamanaka (como KLF4 y cMYC). Pero como explica la primera firmante, Nùria Montserrat, por primera vez se ha demostrado que OCT4 no es imprescindible, como se creía hasta ahora. Quizás lo más importante, añade la investigadora del CMRB, es que ya existen algunos compuestos capaces de modular esas vías, por lo que trabajan ya en la posibilidad de crear células iPS a partir de fármacos que actúen sobre esos mismos genes ahora descubiertos.

El segundo objetivo de Izpisúa y su equipo es tratar de reprogramar las iPS obtenidas hacia cualquier tejido del organismo. De hecho, anuncia sin querer entrar en detalles («porque aún no está publicado») trabajan ya en la creación de un órgano complejo fabricado a partir de estas células embrionarias de laboratorio; «porque estas células pluripotenciales han demostrado ser tan plásticas como las generadas por la vía Yamanaka».

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Azúcar para iluminar los tumores y mejorar su detección

Sustituye el marcaje radiactivo de la glucosa en el PET por otro magnético, lo que permite ver el tumor en una resonancia

UCL Al azúcar se le añade una marca magnética mediante ondas de radio y hace brillar al tumor en una resonancia

El azúcar contenido en media tableta de chocolate, unos catorce gramos, bastaría para detectar tumores malignos con gran detalle en una persona de 70 kilos, sin necesidad de añadirle marca radiactiva alguna, como se hace actualmente en la tomografía por emisión de positrones (PET), según un trabajo publicado en el último número de «Nature Medicine». La nueva técnica, denominada glucoCEST, aprovecha que las células cancerosas necesitan más azúcar que las sanas para obtener la energía necesaria para proliferar descontroladamente, pero en lugar de añadirles una marca radiactiva, las pone una etiqueta magnética, lo que delata su presencia con menos riesgos. Así los tumores se hacen visibles al brillar cuando se les somete a una simple resonancia magnética.

La nueva técnica, desarrollada por un equipo interdisciplinar de investigadores del Colegio Universitario de Londres (UCL), ha demostrado su eficacia en un modelo de ratón de cáncer colorrectal y ya han comenzado los ensayos con humanos. Los resultados obtenidos en roedores indican que es incluso más precisa que la prueba estándar utilizada en la actualidad, el PET, con la ventaja de que los equipos de resonancia magnética están disponibles en la mayoría de los hospitales, lo que disminuiría las listas de espera, y su utilización es más barata.

Mayor resolución

La mayor resolución de la resonancia magnética frente al PET es otra ventaja de la nueva técnica, que permite la evaluación de tumores más pequeños. Aunque lo más notable es que distingue entre distintos tipos de tumores, detectando la variabilidad celular, un aspecto fundamental a la hora de hacer un diagnóstico, escoger un tratamiento y evaluar la respuesta al mismo en cada paciente.

«GlucoCEST utiliza ondas de radio para poner una marca magnética a la glucosa. Así puede detectarse luego en los tumores utilizando técnicas convencionales de resonancia magnética. El método utiliza una inyección de azúcar normal y podría ofrecer una alternativa barata y segura a los métodos existentes para la detección de tumores, que requieren la inyección de material radiactivo», explica el investigador principal del estudio, Simon Walker-Samuel, del Centro de Bioimagen Avanzada de la Escuela Universitaria de Londres. Con esta marca magnética, los tumores aparecen como imágenes brillantes en las exploraciones de resonancia magnética.

Al no utilizar radiación esta prueba podría utilizarse sin riesgos incluso en mujeres gestantes o niños pequeños. Según Xavier Golay, otro de los participantes en el estudio: «Esta investigación interdisciplinar podría permitir a estos grupos de pacientes vulnerables que se analicen más regularmente, sin los riesgos asociados con una dosis de radiación». La inocuidad de GlucoCEST permitiría también hacer un seguimiento más continuado de la progresión de los tumores sin el riesgo adicional de la radiación.

Aunque los investigadores se han centrado en estudio de los tumores, adelantan que esta técnica sería también útil en neurología, para obtener imágenes de patologías como el alzhéimer, para cuyo diagnóstico países como Estados Unidos recomiendan la utilización del PET. También sería válida para el ictus. En estos casos, la glucosa sirve para saber qué zonas del cerebro están más o menos activas y determinar su correcto funcionamiento.

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Massagué impulsa la lucha contra los “agentes dormidos” del cáncer

Uno de nuestros «maestros» pioneros en la Oncología, para estar siempre atentos a lo que dice

• La Fundación BBVA y el Instituto de Investigación Biomédica renuevan su programa de colaboración científica

Permanecen años escondidas, pero están ahí, al acecho. Las células que originan la metástasis se desgranan del tumor primario y escapan al torrente sanguíneo. Aún después de haber sido extraído y tratado el cáncer, estos agentes son capaces de esquivar las defensas del organismo y sobrevivir, dormidos, hasta que, se desconoce el motivo, comienzan a crecer de forma muy agresiva. La Fundación BBVA y el Instituto de Investigación Biomédica (IRB) han renovado su programa científico para tratar de entender qué ocurre en este periodo de latencia hasta que se desarrolla la metástasis, responsable del 90% de las muertes por esta enfermedad.

“Imaginemos que alguien tiene un tumor. Estamos en julio. Aún es muy pequeño. Será diagnosticado en diciembre. Durante todo este tiempo, va a estar soltando células, millones de ellas, al torrente sanguíneo. La mayoría morirá. Pero una minoría ridículamente pequeña va a conseguir llegar a algún órgano”, ha explicado esta mañana en la sede de la Fundación BBVA, en Madrid, Joan Massagué, director del Departamento de Genética y Biología Celular del cáncer en el Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, en Nueva York, y subdirector del IRB. “El tumor será extraído, el paciente será sometido a quimioterapia, pero esa célula sobrevivirá y, al tiempo, adquirirá las facultades para crecer. Y lo hará de forma agresiva. No sabemos casi nada de este proceso. Lo estamos estudiando”, ha continuado el científico, que coordina el programa de investigación y se refiere a la metástasis como “el enemigo latente”.

Hay más de 200 tipos de cáncer, con mutaciones genéticas propias. Cada tipo de tumor tiene su perfil más típico de zonas en las que desarrollar metástasis. Si bien es cierto que cada enfermedad es un mundo, lo interesante es conocer cuáles son los elementos que se repiten. El programa de investigación oncológica liderado por Massagué, que comenzó en 2006, se centra en el cáncer de mama –el más frecuente en mujeres en Europa y Estados Unidos- y en el de colon. Pulmón, hueso, hígado y cerebro son los lugares más comunes en los que se produce una metástasis, aunque hay variaciones en función del tipo de dolencia. El doctor y su equipo ya han identificado algunos genes implicados en el proceso, incluso han aislado algunas de estas células tumorales y están comprobando cómo se comportan en ratones: cómo crecen “desaforadamente” al ser introducidas en algunos de estos órganos y cómo se mantienen inactivas en el torrente sanguíneo.

“No se pueden detectar con ninguna prueba diagnóstica, pero sabemos que estas colonias microscópicas existen, ya que cuando estudiamos el tumor metastásico vemos que sus células provienen del tumor primario”, ha explicado Massagué. Desconocen prácticamente todo del proceso. No saben cuáles son los órganos santuario, aquellos en los que permanecen escondidas hasta que comienzan a crecer. Ni cómo resisten. Pero ya van teniendo algunas certezas. Por ejemplo, saben que todos los agentes que sobreviven lo hacen adheridos a algún tejido. El investigador  ha indicado que ya se están aplicando nuevos fármacos e incluso medicamentos desarrollados con anterioridad para otras dolencias que también son útiles en estos casos, aunque ha reconocido que algunos de ellos son “injustificadamente caros”, algo que “deplora” la comunidad médica.

Entre los retos actuales de la investigación en metástasis está el identificar los genes que promueven el proceso y sus funciones. Conocerlos permitiría, en un futuro, una vez diagnosticado el tumor y conocido su perfil genético, estimar el riesgo de cada paciente de desarrollar metástasis, cuándo y en qué órganos. Porque la metástasis “se trata”, pero es más eficaz prevenirla, ha afirmado Massagué. Y ha puesto un ejemplo: el número de personas que muere debido a una metástasis cerebral es 15 veces mayor que el de los fallecidos a causa de un tumor primario en el cerebro. Es preciso, por tanto, actuar en el momento “de la siembra”. Por ello, Massagué ha agradecido al director de la Fundación BBVA, Rafael Pardo, y al director del IRB, Joan Guinovart, que se mantenga este programa, que permitirá, además de avanzar en investigación, la formación de profesionales, con intercambios científicos entre el Medical Sloan-Kettering Cancer Center y el IRB.

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La mitocondria se queda vieja en los libros de texto | Biociencia

• Un trabajo redefine los mecanismos celulares de obtención de energía
• Científicos españoles demuestran que la mitocondria se adapta a cada dieta
• El hallazgo abre nuevas vías de estudio de la obesidad y otras enfermedades

Reconstrucción molecular del complejo de la mitocondria.| CNIC

Si rebusca en su memoria, seguro que recuerda aquellas explicaciones en los libros de Biología sobre el funcionamiento de la célula. Dentro de aquellos dibujos, la mitocondria (con aspecto de alubia) se describía como la encargada de suministrar la energía que necesitan las células para funcionar. Los textos más avanzados, como los dirigidos a estudiantes de Medicina, iban más allá y entraban en detalles de qué partes de este orgánulo (y de qué manera) formaban el ‘generador energético’ del cuerpo humano. Un estudio español publicado esta semana en la revista ‘Science’ obligará a corregir esos libros de texto.

El estudio, dirigido por José Antonio Enríquez, investigador del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), es la confirmación de una propuesta que estos mismos investigadores realizaron ya en 2008, y que cuestionaba la explicación tradicional (iniciada en los años cuarenta del siglo XX y consolidada en los setenta) sobre cómo la mitocondria extrae y convierte la energía de los alimentos. En el hallazgo han colaborado también investigadores del Hospital Miguel Servet de Zaragoza y de La Princesa, en Madrid.

Para funcionar, la célula extrae su ‘gasolina’ de los nutrientes de los alimentos, aunque antes necesita transformarlos en compuestos más sencillos (como la glucosa de los azúcares, los aminoácidos de las proteínas, los ácidos grasos de la grasa…). Sólo una vez ya ‘desmenuzados’, esos compuestos pueden entrar en la mitocondria de las células para que ésta genere la energía necesaria.

Complejos mitocondriales (amplíe para ver en grande). | Javier Novo, Universidad de Navarra.

La mitocondria transforma la energía en una molécula utilizable universalmente (llamada ATP) a través de cinco ‘máquinas’, los llamados complejos moleculares I, II, III, IV y V. Hasta hace muy poco se aceptaba que esos complejos ‘nadaban’ libres en la membrana interna de la mitocondria y no interaccionaban entre sí, algo que se ha demostrado inexacto.

El trabajo liderado por Enríquez demuestra, por el contrario, que los cinco complejos no son independientes, sino que se asocian físicamente en distintas combinaciones que tienen como objetivo optimizar la extracción de energía.

«Esto quiere decir que el sistema para optimizar la extracción de energía de los alimentos es más versátil de lo que se creía y puede modularse para ajustarse a la composición de los alimentos de la dieta«, señala el investigador principal del estudio. «Por ejemplo, las neuronas no pueden alimentarse de ácidos grasos sino que lo hacen a partir del piruvato, una sustancia derivada de la glucosa. Cuando ayunamos, el hígado, que puede alimentarse de ambos compuestos, decide tomar los ácidos grasos (como fuente de energía) y así reservar la glucosa para el cerebro», explica Enríquez.

Este tipo de adaptaciones se realiza gracias al diferente esamblaje que hacen las ‘máquinas’ entre sí, según la nueva teoría propuesta. «Nuestro modelo no anula al anterior, que quedó establecido a finales de los setenta, sino que lo amplía, porque decía que todas las células del organismo funcionan de igual manera, pero lo que nosotros decimos es que hay una riqueza mayor para poder explicar todo esto y eso es gracias a los distintos esamblajes que establecen estos complejos», afirma.

Investigación básica y clínica

Por otro lado, fruto de este estudio, se ha llegado a un descubrimiento inesperado. La estirpe de ratón más utilizada en estudios genéticos tiene dañado el mecanismo de esamblaje, por lo que se han planteado dudas de cómo interpretar y trasladar a los humanos las observaciones realizadas en esos modelos de ratón. «Esto es un aviso a tener presente cuando interpretamos los resultados de diferentes investigaciones», advierte Enríquez.

A raíz de este hallazgo, el objetivo de este grupo de investigación es hacer estudios comparativos con estos ratones y otros, que tras añadirles un gen, sí que tienen procesos de ensamblaje entre las diferentes ‘máquinas’ de la mitocondria.

En cuanto a cómo el nuevo modelo mitocondrial puede afectar a la práctica clínica, Enríquez señala que este avance abre varias vías de investigación. «Por un lado, queremos explorar cómo las distintas situaciones nutricionales condicionan la respuesta del organismo. Porque creemos que este mecanismo de ensamblaje podría estar implicado en el motivo de que unas personas engorden más que otras al tomar un alimento o expliquen por qué una dieta engorda más que otra».

También va a supeditar la forma en cómo se estudien a partir de ahoralas enfermedades mitocondriales. «Son patologías terribles e incurables y generan muchos interrogantes. Uno de ellos era saber por qué dos personas con el mismo defecto genético tienen enfermedades distintas. Esto no lo entendíamos hasta ahora. Pensamos que el nuevo modelo puede ayudar a interpretar mejor las razones y los síntomas».

Una tercera avenida de estudio que se abre con este cambio conceptual es analizar cómo este esamblaje cambia con un ataque al corazón o con un infarto cerebral. «Dos de estas máquinas, la I y la III, son responsables de producir especies reactivas de oxígeno [su exceso mata al corazón]. Queremos saber si podemos regular esto y producir moléculas que generen una protección cardiaca».

No obstante, este investigador advierte que no quiere dar falsas esperanzas. «No estamos cerca de controlar todo esto, necesitamos tiempo. Pero estamos trabajando dentro del CNIC, un centro que tiene una visión de futuro. Esto es el principio, es un gran cambio conceptual», concluye.

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Reino Unido da luz verde a un tratamiento «in vitro» que utiliza ADN de tres personas

El Gobierno británico ha dado luz verde a un revolucionario y controvertido tratamiento de fecundación ‘in vitro’ (FIV) que utiliza el ADN de tres personas y destinado a impedir el desarrollo de enfermedades mitocondriales.

El Gobierno confía en elaborar un borrador de ley a finales de año para que el tratamiento pueda ser ofrecido a las parejas dentro de dos años, lo que convertiría al Reino Unido en el primer país del mundo que aplica esta técnica, según los medios británicos. La prueba, desarrollada por expertos de la Universidad de Newcastle, es conocida como transferencia de mitocondria y consiste en unamodificación genética del embrión al incorporarse una pequeña parte del ADN de un tercer donante sano.

Las mitocondrias son orgánulos celulares encargados de suministrar la mayor parte de la energía para la actividad celular, sobre todo para el funcionamiento de órganos vitales. Y las enfermedades mitocondriales son desordenes resultantes de la deficiencia de una o más proteínas en las mitocondrias, por lo que pueden afectar el corazón, el cerebro y los músculos. Los científicos estiman que una de cada 6.500 personas nace con un desorden mitocondrial.

Demostración

A finales de 2012, el equipo de Shoukhrat Mitalipov, de la Universidad para las Ciencias y la Salud de Oregón (EE.UU.), el mismo que ha sido capaz de crear por vez primera células madre embrionarias humanas a partir de una persona, demostró que esto era posible. A partir de los genes de tres padres, los científicos desarrollaron embriones humanos de cinco días de edad. Para crear dichos embriones, el material genético de la madre se insertó en el óvulo de otra mujer donante antes de ser fecundado con el esperma del padre. Los investigadores, cuyo trabajo se publicó en Nature, dijeron que la técnica permitaría prevenir las enfermedades mitocondriales -que se pasan de madre a hijo-. Desde un punto de vista científico el mérito del trabajo es indiscutible. Se había logrado sustituir con éxito el ADN mitocondrial en ovocitos humanos y generar linajes celulares de blastocitos y de células madre embrionarias. Y, aunque todavía hay que verificar estos resultados con estudios de seguridad y ensayos clínicos antes de que la técnica pueda ser utilizada con fines terapéuticos en humanos, la investigación representó la prueba de que «es posible» y abre una nueva vía para la prevención de las enfermedades mitocondriales.

Y eso es lo que ha hecho ahora el Reino Unido. La médica asesora del Gobierno, Sally Davies, se ha mostrado a favor de poner en marcha este tratamiento «lo antes posible». Davies ha señalado a la prensa que las enfermedades mitocondriales han tenido un «impacto devastador» en las familias pues hay gente que ha tenido que vivir con estos desórdenes, que son pasados de la madre al bebé.

Antes de que el Gobierno diera luz verde a esta técnica, que deberá ser aprobada por el Parlamento, la Autoridad de Fertilización Humana y Embriología (HFEA, siglas en inglés) llevó a cabo una encuesta entre la población y concluyó que hay un respaldo bastante amplio a favor de este tratamiento.

Noticia excelente

El profesor Doug Turnbull, que encabezó este tratamiento, dijo que esta es una «noticia excelente para las familias con enfermedades mitocondriales. Esto le facilita a las mujeres que tienen estos genes defectuosos más posibilidades de reproducción y la oportunidad de tener niños sin enfermedad mitocondrial». No obstante, la prueba ha recibido críticas de algunos grupos que consideran que hay un riesgo de caer en el «diseño de bebés». La portavoz del Centro Cristiano de Bioética, Helen Watt, criticó el tratamiento porque considera que se crea un embrión con «distintas partes». «Ser padre es recibir niños de manera incondicional. No se trata de fabricar o controlar. Las parejas que no quieren correr el riesgo de pasar (a los bebé) la enfermedad mitocondrial pueden considerar alternativas éticas como la adopción, que son preferibles a una técnica peligrosa de ingeniería genética», agregó Watt.

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Dos nuevas terapias mejoran las opciones terapéuticas en leucemia

La mayoría de los niños con leucemia sobreviven a la enfermedad, pero muchos de ellos terminan por desarrollar complicaciones graves, incluso mortales, por culpa de los tratamientos. La quimioterapia y la radioterapia a la que estos niños están expuestos desencadenan efectos secundarios, entre los que están lesiones cardiacas, déficits cognitivos, tumores secundarios y accidentes cerebrovasculares. Desde hace años, se están buscando maneras de minimizar dichos efectos; por ejemplo, evitar la radiación al cerebro, uso de dosis más bajas de quimioterapia, o la prescripción de medicamentos que pueden ayudar a mitigar los daños.

Pero también se trabaja, y mucho, en desarrollar nuevas opciones terapéuticas que eviten, al menos en parte, los riesgos de los tratamientos actuales. En el número de esta semana de la revista Nature, Carl June y Bruce Levine, de la Perelman School of Medicine de la Universidad de Pennsylvania (EEUU), presentan un nuevo y potente tratamiento que es seguro y eficaz, ya que emplea las propias células inmunes del paciente diseñadas para buscar y destruir las células tumorales. Los expertos aventuran que dicho enfoque podría erradicar la leucemia en sólo unas pocas semanas; los resultados así lo demuestran, al haberse producido la remisión en más de la mitad de los adultos y de los niños tratados hasta la fecha.

Inaccesible

Sin embargo, el tratamiento con células T con receptores de antígenos quiméricos, identificadas en el Weizmann Institute of Science de Rehovot  (Israel), que ha demostrado poder erradicar la leucemia en un par de semanas en personas cuyo cáncer no respondía a ninguna de las mejores terapias convencionales disponibles, no está al alcance de todos los mortales. Esta terapia experimental únicamente ha estado disponible para un pequeño número de
personas en ensayos piloto en centros académicos.

La terapia, señala los investigadores, es costosa y compleja, ya que requiere mucho tiempo para que las células inmunes manipuladas genéticamente crezcan en el laboratorio. Pero, para June y Levine , la automatización de la producción y el uso de las instalaciones existentes puede hacer que el tratamiento esté disponible para miles de personas en un plazo mucho más corto del que inicialmente se pensaba.

Combinar fármacos
Otra alternativa que va tomando fuerza en el tratamiento de la leucemia mieloide crónica es, según Charles Sawyers, del Memorial Sloan-Kettering Cancer Center de New York (EEUU), la combinación de fármacos para evitar la farmacorresistencia. El enfoque actual, explica también en Nature, es tratar primero a los pacientes con imatinib (el fármaco que cambió el paradigma del tratamiento de esta enfermedad) y a continuación emplear los otros fármacos a medida que se desarrollan las resistencias.

Sawyers sostiene que iniciar el tratamiento con una combinación de terapias puede prevenir el desarrollo de resistencias. Y, añade, la respuesta a la terapia de combinación también puede ser más rápida y más potente que la de cualquier fármaco.

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Japón aprueba un ensayo para regenerar retinas con células iPS humanas

Científicos nipones programarán células extraídas de piel humana para que se transformen en tejido ocular

El médico japonés, Shinya Yamanaka Afp / Jiji press

Tokio. (EFE).- Un comité del Gobierno japonés ha aprobado el primer ensayo clínico del mundo usando células pluripotentes inducidas (iPS) humanas, lo que puede ampliar los horizontes de la medicina regenerativa, confirmó hoy a Efe el Ministerio de Salud nipón.

El comité ha dado el visto bueno a la solicitud presentada conjuntamente por el Instituto RIKEN de Investigación y la Fundación para Investigación Biomédica de cara a estudiar la posibilidad de regenerar la retina humana mediante estas células, que tienen la capacidad de convertirse en cualquier tipo de tejido.

El estudio podría comenzar este mismo año, ya que solo es necesaria la aprobación final del Ministro de Salud, Trabajo y Bienestar, Norihisa Tamura. La doctora Masayo Takahashi, oftalmóloga que lidera el equipo del departamento de regeneración retiniana del Instituto RIKEN, dirigiría el estudio en el hospital que tiene el centro en Kobe (centro del país).

El proyecto consiste en extraer muestras de piel humana y a partir de éstas extraer células iPS. Esas células serían programadas para que se transformen en tejido de la retina, que sería implantado después en pacientes que sufren una degeneración en la mácula relacionada con la edad. Este problema, que actualmente afecta a unas 700.000 personas en Japón, viene provocado por daños en la retina y conduce a una pérdida de visión. El hallazgo de las células iPS es el que ha abierto la puerta a que este instituto solicitara en 2012 hacer el primer estudio clínico de la historia en humanos empleando este hallazgo genético, que en el futuro puede conducir a enormesavances en la medicina regenerativa y personalizada.

El pionero en generación de iPS, el japonés Shinya Yamanaka, fue galardonado en 2012 con el Premio Nobel de Medicina por el método que desarrolló para crear este tipo de células mediante la reprogramación de células ya maduras. Esto resuelve en principio el problema ético de trabajar con células madre de embriones que, como las iPS, también poseen la capacidad de transformarse en cualquier tipo de célula.

Japón aprueba un ensayo para regenerar retinas con células iPS humanas.

Nanomedicina al servicio de los implantes óseos

steoblasts formadores de hueso (en rojo). HAMMOND LAB AT MIT/KOCH INSTITUTE FOR INTEGRATIVE CANCER RESEARCH

Una cubierta de nanocapas podría prevenir el aflojamiento o el fracaso que a menudo se puede producir en los implantes óseos, asegura una investigación que se publica en Science Translational Medicine.

Millones de personas, por uno u otro motivo, que requieren implantes de hueso. Desafortunadamente, las complicaciones de la cirugía o las infecciones pueden causar que fracasen los implantes, lo que además de la morbilidad para el paciente, supone un coste añadido ya que obliga a costosas cirugías de reemplazo.

Lo que propone el equipo de Nisarg Shah y Paula Hammond, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EEUU), es un diseño de una cubierta bioquímica compuesta de nanocapas repetitivas que ayuda a los implantes a desarrollar una fuerte interacción con el hueso del paciente. Así, explican, la capa superior libera una proteína llamada BMP-2 conocida por su papel en la sanación y formación de tejido óseo. Y, dicha proteína ayuda a activar células formadoras de hueso, u osteoblastos, en la médula espinal.

Superpegamento

Además, la capa base de la cubierta, hecha de material cerámico, actúa como un superpegamento para ayudar a formar un fuerte vínculo entre el implante y el tejido del anfitrión.

Los investigadores probaron su invento en ratas con implantes, tanto plásticos como de titanio, y descubrieron que los implantes cubiertos con las nanocapas fueron más difíciles de extraer en comparación con los no cubiertos o solo parcialmente cubiertos. Un análisis más detallado mostró una unión más firme entre la superficie del implante y el tejido óseo.

Ahora planean a continuación probar sus nanocubiertas en modelos de animales más grandes y, a medio plazo, tienen la esperanza de llevar a cabo un ensayo clínico con implantes dentales recubiertos e implantes de rodilla recubiertos.

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El atlas más fino del cerebro

Un equipo internacional reconstruye la mente de una mujer en 3D en una resolución casi celular

El ‘BigBrain’ abre una vía para entender las bases neurobiológicas de la cognición, el lenguaje y las emociones, investigar enfermedades y desarrollar fármacos

Procesamiento de las capas del cerebro. / AMUNTS, ZILLES, EVAN ET AL (SCIENCE)

El sueño de un neurocientífico es llegar a conocer el cerebro humano con la misma precisión que el sistema nervioso del gusano Caenorhabditis elegans, cuyas 100 neuronas exactas con todas sus conexiones sinápticas son desde hace años un libro abierto para la ciencia. Y hoy se acercan más que nunca a ese ideal con BigBrain, una reconstrucción digital del cerebro humano completo en 3D y ultra-alta resolución que deja muy atrás a cualquier iniciativa anterior de este estilo. BigBrain es la herramienta esencial que necesitan los laboratorios neurológicos de todo el mundo para elucidar la forma y la función de nuestro cerebro. Y estará disponible públicamente a coste cero.

Hasta ahora existen otros atlas del cerebro, pero solo llegan al nivel macroscópico, o visible. Su resolución solo llega al nivel de un milímetro cúbico, y en ese volumen de cerebro caben fácilmente unas 1.000 neuronas. El nuevo BigBrain baja el foco hasta un nivel “casi celular”, según los científicos que lo han creado. Eso quiere decir que llega a discriminar cada pequeño circuito de neuronas que está detrás de nuestra actividad mental, y que puede abarcar toda la información disponible sobre el cerebro, desde los genes y los receptores de neurotransmisores hasta la cognición y el comportamiento.

Los investigadores han tomado 7.400 muestras de una paciente

El cerebro de referencia se basa en el de una mujer fallecida a los 65 años, que ha sido fileteado en 7.400 secciones histológicas de solo 20 micras (el espesor de un cabello, y cerca de la dimensión de una célula). El BigBrain, según sus creadores, abre el camino para entender las bases neurobiológicas de la cognición, el lenguaje y las emociones, y también para investigar las enfermedades neurológicas y desarrollar fármacos contra ellas. El modelo se presenta en Science y estará disponible para usuarios registrados en http://bigbrain.cbrain.mcgill.ca.

El trabajo ha sido coordinado por Katrin Amunts, del Instituto de Neurociencia y Medicina de Jülich, en Alemania; y Alan Evans del Instituto Neurológico de la Universidad McGill en Montreal, Canadá. Ambos explicaron su investigación en una teleconferencia para la prensa junto al editor de Science, Peter Stern.

Tal vez la línea celular humana más utilizada por los laboratorios de todo el mundo durante el último medio siglo sea la línea HeLa; el cultivo proviene de un tumor de útero que le fue extirpado en 1951 a una paciente llamada Henrietta Lacks (de ahí el nombre de la línea) que, pese a haber muerto unos meses después de la operación, consiguió así una singular forma de inmortalidad.

La voluntaria carecía de historial neurológico o psiquiátrico

No es extraño que los periodistas mostraran ayer un especial interés en la mujer de 65 años que ha visto inmortalizado su cerebro como un modelo digital que pervivirá durante siglos o milenios. Quién sabe si la neurociencia del futuro será capaz de reconstruir a partir de BigBrain los pensamientos y deseos más ocultos de esa mujer, los recovecos de sus emociones y las ambigüedades de su moralidad. Eso es desnudarse para la posteridad, ríanse ustedes de una autobiografía.

La insistencia de los medios, sin embargo, se topó con el compromiso insobornable de los científicos de preservar la intimidad de la mujer fallecida. Ni Amunts, ni Evans ni su colega Karl Zilles, ni por supuesto el editor de Science que había organizado la comparecencia, quisieron dar noticia sobre la vida que, de algún modo, han registrado para la posteridad. Amunts se limitó a decir que “carecía de un historial neurológico o psiquiátrico”, y que en ese sentido “es lo que llamaríamos un cerebro normal”. Este hecho, al menos, nos aparta del mito de Frankenstein por una vez.

“Los autores han ampliado los límites de la tecnología actual”, dijo Stern, que ve la investigación, en cierto modo, como la consecuencia natural del trabajo de los neuroanatomistas clásicos, con Cajal a la cabeza, que sentaron hace un siglo las bases de la descripción estructural del cerebro humano. La mayor parte de la gente, incluidos los estudiantes de medicina, tiende a ver la anatomía como un tostón fastidioso si bien ineludible para aprobar el curso.

Los ordenadores necesitaron 1.000 horas para completar el puzle

Pero si la biología nos ha enseñado una lección es que la forma explica la función, que entender el funcionamiento de un sistema biológico empieza siempre por ver su estructura. Recuerden la genética: la mera, simple y desnuda forma de la doble hélice del ADN, donde las letras de una hilera se complementan con las de la otra, explica por sí sola que los seres vivos puedan sacar copias de sí mismos. También la forma de las proteínas, con sus hélices y sus hojas y sus caprichosos plegamientos, suele explicar lo que hace cada una de ellas, desde quemar el azúcar que comemos hasta activar las neuronas que nos hacen pensar.

Stern, como muchos otros científicos, está convencido de que esa ley no formulada de la biología tiene jurisdicción también sobre el cerebro, sobre los mecanismos de nuestra vida mental. Somos formas. “Este trabajo puede verse como una culminación de la anatomía”, dijo el editor de Science. “Sin un profundo conocimiento de la estructura del cerebro nunca entenderemos el resto de la neurobiología”.

Evans también proclamó: “La gran ciencia ha llegado al cerebro”. El eslogan es una referencia velada a los proyectos genoma y los aceleradores de partículas, que ya implican cifras de seis dígitos, programación a medio plazo y unos equipos científicos cuyas firmas rara vez caben en la página de la revista científica donde se publican. Pese a que hay cientos de laboratorios en el mundo investigando en neurobiología, el cerebro no contaba hasta ahora con una gran planificación de este tipo, como las que se usan para secuenciar el genoma humano o encontrar el bosón de Higgs. La gran ciencia ha llegado al cerebro.

El resultado va a ser de acceso público para otros investigadores

Pese a la indudable profundidad de las cuestiones implicadas, los grandes logros del trabajo han sido de tipo técnico. “El proyecto ha sido un tour de force para ensamblar las imágenes de más de 7.400 secciones histológicas individuales”, explica Evans, “cada una con sus propias distorsiones, rasgaduras y desgarrones, en un todo coherente, un volumen en tres dimensiones. BigBrain permite por primera vez una exploración en 3D de la anatomía citoarquitectónica humana”. El prefijo cito significa célula, y en boca de Evans quiere enfatizar la gran resolución de su modelo, cercana al nivel celular: muy cerca del sueño del gusano Caenorhabditis elegans.

Los científicos tomaron el cerebro de la mujer muerta a los 65 años y lo encastraron en cera de parafina, un paso previo usual antes de una disección fina. Y esta fue finísima: las lonchas solo tenían 20 micras (milésimas de milímetro) de espesor. Ni siquiera un científico alemán tiene el pulso tan firme como para hacer eso, y los investigadores usaron una máquina especial para ese propósito, un microtomo gigantesco.

Las finísimas lonchas del cerebro de la mujer se montaron en portaobjetos y se trataron con sustancias que tiñen las estructuras celulares más importantes, muy a la Cajal o a la Golgi, si se mira bien. Lo que jamás podrían haber soñado esos grandes neurólogos del pasado es el prodigioso poder de computación, y la sofisticación de las matemáticas asociadas, al que tiene acceso la ciencia actual. Con todo, recolectar los datos llevó cerca de 1.000 horas, y los robots todavía no lo pueden hacer todo.

BigBrain, el gran mapa en 3D y resolución “casi celular” que ya forma parte del dominio público, es un gran paso hacia el entendimiento profundo del cerebro y la mente. Su objetivo no es otro que comprender los fundamentos neurobiológicos del aprendizaje y la adquisición de conocimiento, del lenguaje y las emociones, de la torpeza y de la creatividad humana. Es público y gratis, y de momento no sirve para espiar a nadie.

El atlas más fino del cerebro | Sociedad | EL PAÍS.

¿Cómo viajan las proteínas a través del Aparato de Golgi? |Scitable

El aparato de Golgi transporta y modifica las proteínas en las células eucariotas.¿Cómo han estudiado los científicos los movimientos dinámicos de proteínas a través del aparato de Golgi?

El aparato de Golgi es el orgánulo central de la mediación de la proteína y el transporte de lípidos dentro de la célula eucariota Normalmente, los libros de texto ilustran el aparato de Golgi como algo parecido a una pila de pan de pita. Sin embargo, esta representación no ilustra adecuadamente la naturaleza dinámica de los compartimentos del Golgi (llamados cisternae) o la variedad de morfologías con que el aparato de Golgi se manifiesta en diferentes tipos de células. Podemos aprender mucho simplemente preguntándonos por qué existen siquiera estas estructuras tan diversas. Los investigadores aún no entienden completamente cómo diversas morfologías del Golgi pueden afectar a su función. Sin embargo, los científicos están utilizando actualmente las sutiles variaciones de su morfolofgía entre los diferentes tipos de células para preguntarse cómo se mueven las proteínas a través del aparato de Golgi.

¿Qué sucede con las proteínas mientras se mueven por el aparato de Golgi?

El aparato de Golgi procesa las proteínas realizadas por el retículo endoplasmático (ER) antes de enviarlas a la célula. Las proteínas entran en el aparato de Golgi en el lado orientado hacia el ER (lado cis), y salen en el lado opuesto de la pila, frente a la membrana plasmática de la célula (lado trans). Las proteínas deben hacer su camino a través de la pila de cisternas que intervienen y en el camino serán modificadas y acondicionadas para su transporte a diferentes lugares dentro de la célula (Figura 1). Las cisternas del Aparato de  Golgi varían en número, forma y organización en diferentes tipos de células. La representación esquemática típica de tres grandes cisternas (cis, medial y trans) es en realidad una simplificación. A veces, regiones adicionales se añaden a cada lado, y se llaman la red cis del Golgi cis (CGN, cis Golgi net) y la red trans del Golgi (TGN, trans Golgi net). Estas redes tienen una estructura más variable, incluyendo algunas regiones like-cisternas y en algunas ocasiones regiones vesiculadas.

Figura 1: El aparato de Golgi modifica y ordena las proteínas para el transporte a lo largo de la célula. El aparato de Golgi se encuentra a menudo en estrecha proximidad a la sala de emergencias en las células. Proteína de carga se mueve desde el RE al aparato de Golgi, se modifica en el aparato de Golgi, y se envían a continuación a varios destinos en la célula, incluyendo los lisosomas y la superficie de la célula.

Cada cisterna o de la región del aparato de Golgi contiene diferentes enzimas de modificación de proteínas. ¿Qué hacen estas enzimas? Las enzimas del Golgi catalizan la adición o eliminación de los azúcares de las proteínas de carga (glicosilación), la adición de grupos sulfato (sulfatación), y la adición de grupos fosfato ( fosforilación). Las Proteínas de carga son modificadas por enzimas (llamadas enzimas residentes) ubicadas dentro de cada cisterna. Las enzimas añaden secuencialmente las modificaciones pertinentes a las proteínas de carga. Algunas modificaciones mediadas por el Golgi actúan como señales para dirigir las proteínas a sus destinos finales dentro de las células, incluyendo los lisosomas y la membrana plasmática. ¿Qué sucede cuando hay defectos en la función del Golgi? Los defectos en varios aspectos de la función de Golgi pueden dar como resultado trastornos congénitos de glicosilación, algunas formas de distrofia muscular, y pueden contribuir a la diabetes, cáncer y la fibrosis quística (Ungar 2009).

¿Cómo se mueven las proteínas de carga entre las cisternas del Golgi?

Los científicos han propuesto dos explicaciones posibles: el modelo de transporte vesicular y el modelo de maduración cisternal. Curiosamente, ambos modelos explican las condiciones de estado estacionario del aparato de Golgi y los procesos, sin embargo lo hacen muy diferente (Figura 2). En 2002 James Rothman y Randy Schekman ganaron el Premio Lasker por su trabajo pionero que detalla los sistemas de vesícula y membrana que hacen que la secreción sea posible en las células eucariotas. Estos dos científicos trabajaron de forma independiente utilizando diferentes organismos modelo y diferentes enfoques biológicos (Strauss 2009). Juntos lograron un fuerte evidencia de que hay moléculas y procesos comunes que participan en la fusión de membranas y la fisión en eucariotas. Rothman y sus colegas reconstituyeron bioquímicamente las membranas de Golgi de mamíferos, aislaron vesículas capaces de pasar de una cisterna a otra. Como un enfoque diferente, Schekman y sus colegas utilizaron la genética de levaduras para identificar y caracterizar muchas de las proteínas importantes que participan en la secreción de este eucariota unicelular. Con el tiempo Rothman y el trabajo de Schekman convergieron en varias moléculas importantes que participaron en la formación y fusión de vesículas, lo que condujo a lo que se dio en llamar el modelo de transporte vesicular.

Figura 2: Dos modelos de tráfico de proteínas a través del Golgi
(A) El modelo de la maduración cisternal de movimiento de la proteína a través del aparato de Golgi. Como una nueva cisterna cis se forma atraviesa la pila de Golgi, cambiando a medida que madura al acumular, entonces enzimas trans medial a través de vesículas que se mueven de adelante a principios de cisternas (tráfico retrógrado). (B) El modelo de transporte vesicular, donde cada cisterna permanece en un solo lugar con enzimas que no cambian, y las proteínas se mueven hacia adelante a través de la pila a través de vesículas que se mueven desde temprano para luego cisternas (tráfico anterógrada).

Modelo de Transporte vesicular: Evidencias

Una de las principales observaciones del grupo de Rothman fue que las vesículas que se formaron en el aparato de Golgi trasladaron proteínas de carga entre las cisternas de la cara cis a la cara trans. Estas observaciones apoyan el modelo de transporte vesicular originalmente desarrollado y defendido por George Palade y Marilyn Farquhar (Farquhar y Palade, 1998.) El modelo de transporte vesicular postula que las cisternas de Golgi son compartimentos estables que albergan ciertas enzimas de modificación de proteínas que funcionan para añadir o eliminar los azúcares, añadir grupos sulfato, y realizar otras modificaciones. Las vesículas llegan a cada cisterna que llevando proteínas de carga, que luego son modificadas por las enzimas residentes ubicados dentro de esa cisterna. A continuación, nuevas vesículas que llevan proteínasde carga brotan de la cisterna y viajan a la siguiente cisterna estable, donde la siguiente serie de enzimas adicionales procesa las proteínas de carga (Rothman y Wieland, 1996).

El Modelo de maduración cisternal

Antes de los trabajos de Palade, Farquhar, Rothman y otros, que analizaron las proteínas de vesículas en movimiento entre cisternas de Golgi, los científicos pensaban que cada cisterna del Golgi era transitoria y que las cisternas se trasladaban desde la cara cis a la trans del Golgi, cambiando con el tiempo. El movimiento de las proteínas como pasajeros en cisternas a través de la pila de Golgi se denomina el modelo de maduración cisternal. Este modelo propone que las enzimas presentes en cada cisterna individual cambian a medida que pasa el tiempo, mientras que las proteínas de carga permanecen en el interior de la cisterna. Antes del trabajo de Rothman en vesículas, este modelo tuvo un amplio apoyo. Sin embargo, una vez que los científicos identificaron un gran número de pequeñas vesículas de transporte que rodean el aparato de Golgi, los investigadores desarrollaron el modelo de transporte vesicular como una actualización de ésta. Sin embargo, como suele ocurrir en la ciencia (y la moda), las viejas ideas a veces regresan de nuevas maneras.

 

¿Qué nueva evidencia apoya el modelo de maduración cisternal?

En la década de 1990 los científicos estudiaron varios tipos de células para ampliar nuestra comprensión del Golgi. Alberto Luini y sus colegas utilizaron células de mamífero en cultivo para investigar cómo los grandes complejos de proteínas se movieron a través del aparato de Golgi. Los investigadores utilizaron inmunomicroscopía seguir el camino que seguían rígidos trímeros de procolágeno, en forma de barra de unos 300 nm, a través del Golgi en fibroblastos de mamífero. Luini y sus colegas observaron procolágeno sólo dentro de cisternas del Golgi, y nunca dentro de las vesículas, que son normalmente mucho más pequeñas (<100 nm de diámetro) que el procolágeno (Bonfantiet al . 1998). Otros investigadores, como Michael Melkonian y sus colegas, observaron resultados similares en el estudio del aparato de Golgi de las algas. Varios tipos de protistas flagelados construyen y exportan escamas que se adhieren a la superficie celular de estos organismos. Las escamas tienen diversos tmaños y formas pero muy definidos. Los investigadores observaron que en diferentes especies de algas que exportan las muy grandes (1,5-2 mm) y las de tamaño moderado (~ 40 nm), las escamas se encontraron consistentemente dentro de las cisternas, pero no en el transporte de vesículas (Becker, y Bolinger Melkonian 1995; Becker & Melkonian 1996). Los resultados de estos diversos tipos de células confirman el modelo de maduración cisternal de transporte de proteínas a través del aparato de Golgi.

¿Cuáles fueron las vesículas que Rothman descubrió en el aparato de Golgi? El modelo de maduración cisternal actual propone que estas vesículas son vehículos de transporte para las enzimas del Golgi y no para las  proteínas de carga. Las vesículas retrógradas que viajan hacia atrás en el aparato de Golgi brotan de una cisterna para transferir enzimas a las cisternas más jóvenes. Mientras tanto, otros vesículas, procedentes de cisternas mayores, llevan las enzimas necesarias para los próximos pasos en la modificación de proteínas (Glick y Malhotra 1998; Pellham 1998).

¿Qué modelo es más preciso?

Hoy en día la mayoría de los investigadores coinciden en que la evidencia favorece el modelo de maduración cisternal del Golgi (EMR et al. 2009). La evidencia en apoyo de este modelo proviene de los laboratorios de Benjamin Glick y Akihiko Nakano, que al mismo tiempo lleva a cabo experimentos que demostraron sorprendentemente el proceso de maduración cisternal. En un ensayo visual impresionante, ambos laboratorios utilizaron la microscopía de fluorescencia de células vivas para observar directamente la maduración cisternal del Golgi en Saccharomyces cerevisiae (levadura de panadero) (Figura 3) (Losev y col2006;. Matsuura-Tokita y col 2006;. revisado en Malhotra y Alcalde 2006). El aparato de Golgi de S. cerevisiae tiene una estructura llamativa, o más bien, una llamativa falta de estructura. En lugar de aparecer como la pila típica de pan de pita, en S. cerevisiae el Golgi es menos organizado. Las cisternas individuales se extienden de una manera irregular por toda la célula. Esta estructura inusual era ideal para el uso de microscopía de luz para observar los cambios en las cisternas individuales con el tiempo. El modelo de transporte vesicular podría predecir que una cisterna cis individual permanecería cis, con enzimas cis característicos, en toda su vida útil. Sin embargo, el modelo de maduración cisternal podría predecir que una cisterna cis recién formada eventualmente maduraría como cisterna medial, y a continuación, una cisterna trans, antes de romperse cuando su contenido se envasara para su destino final en la célula.

En sus experimentos, los dos grupos de investigación vincularon proteínas fluorescentes (verde brillante o rojo) a las proteínas presentes en diferentes cisternas individuales de S. cerevisiae , y siguieron a estas moléculas de color todo el tiempo. Los investigadores diseñaron los experimentos para poner a prueba las predicciones de los modelos de maduración cisternal y transporte vesicular. Si el modelo de transporte vesicular era correcto, entonces las cisternas serían estable y mantendrían las mismas proteínas residentes de Golgi marcadas con fluorescencia todo el tiempo. Por el contrario, si el modelo de maduración cisternal no era correcto, entonces cada cisterna contendría un conjunto cambiante de proteínas del Golgi con el tiempo. En sus experimentos, los investigadores crearon hermosas películas de la levadura y observaron que las cisternas individuales cambiaban de color con el tiempo. Después de analizar una variedad de proteínas de Golgi, los investigadores observaron consistentemente los cambios en la composición proteica de cisternas individuales con el tiempo. Sus resultados proporcionan una fuerte evidencia para el modelo de maduración cisternal.

 

Aparato de Golgi, las proteínas, Transporte | Aprende Ciencia en Scitable.

Usan un adenovirus para terapia génica en enfermedades de retina

Corte seccional de la retina. LEAH BYRNE/UNIVERSIDAD CALIFORNIA BERKELEY

Uno de los mayores problemas de la terapia génica es el hecho de administrarla. Habitualmente se usanvectores virales pero, en el caso de órganos extremadamente sensibles, como es la retina, la administración de la carga genética terapéutica resulta todavía más compleja, al tener que utilizar una aguja se puede dañar la retina enferma. Para solventar esta traba, un equipo de investigadores de la Universidad de Rochester (EE.UU.) ha desarrollado un nuevo vector de terapia génica capaz de penetrar profundamente dentro de la retina exterior del ojo. Así, gracias a esta tecnología de vector viral se aumentarla seguridad y eficiencia de la terapia.

Los adenovirus asociados (AAV, por sus siglas en inglés) son virus inofensivos que evolucionaron para infectar una amplia variedad de células anfitrionas. En la mayoría de los estudios de terapia génica, los investigadores han usado virus AAV descubiertos en la naturaleza y los han modificado para entregar copias operativas de genes en el organismo.

Lo que ahora ha hecho el equipo de Deniz Dalkara es manipular millones de nuevas variantes de los virus AAV que no existen en la naturaleza, y luego seleccionar algunos con las mejores propiedades para terapia genética y tratamiento de enfermedad retinal. El vector 7M8, el que resultó victorioso por encima de los otros millones, fue capaz de administrar con éxito su carga genética a varias células diana de las retinas de ratón. Así se logró tratar con eficacia dos enfermedades de la retina muy diferentes en experimentos con ratones.

Menos daño

El nuevo vector viral es capaz de alcanzar las células foto-receptoras y zonas situadas en la parte trasera del ojo mediante gracias a su capacidad de viajar a través de la cavidad vítrea. Esta ruta facilita la cirugía y causa menos daño a la retina, explica Dalkara. En comparación con los virus AAV naturales, el vector 7m8 se une a menos células, lo que le ayuda a penetrar más profundamente en la retina. Una vez que su carga genética es entregada, el vector viral actúa como una especie de jeringa molecular para transferir una copia normal de un gen a las células foto-receptoras con el objetivo de reemplazar un gen no funcional o ausente.

Para ver como funcionaba el virus 7m8 en ojos más similares a los ojos humanos, los investigadores trabajaron en monos. Así, utilizaron el nuevo vector AAV y fueron capaces de transferir genes hacia capas más profundas de las retinas sanas de animales sin la necesidad de empelar primero una aguja a través de la retina. Los resultados sugieren que estos nuevos vectores de terapia genética pueden ser desarrollado para penetrar tejidos densos.

Usan un adenovirus para terapia génica en enfermedades de retina – Noticias de Salud | abc.es.

Aíslan un nuevo tipo de células madre pluripotentes de la grasa

Estas células pluripotentes eran capaces de diferenciarse células músculares, óseas, neuronales, cardiacas y del hígado. UCLA

Una nueva línea de células madre pluripotentes, capaces de diferenciarse en prácticamente todos los tipos de células en el cuerpo humano sin modificación genética, acaba de ser aislada por un equipo de investigadores de la Universidad de California Los Ángeles (UCLA).

Las células, llamadas células madre Muse-AT de la grasa o tejido adiposo, han sido descubiertas por un «accidente» cuando un equipo tuvo un fallo en el laboratorio, eliminó a todas células madre en un experimento menos a las Muse-AT. Así, los investigadores vieron, además, que no sólo las células Muse-AT son capaces de sobrevivir el estrés grave, sino que incluso pueden ser activadas por él.

El autor del estudio, Gregorio Chazenbalk, explica que estas células, aisladas a partir de tejido graso eliminado durante la liposucción, expresaban marcadores de células madre embrionarias y eran capaces de diferenciarse en músculo, hueso, grasa, células neuronales y cardiacas e hígado. Un examen de sus características genéticas confirmó sus funciones especializadas, así como su capacidad para regenerar el tejido cuando se trasplanta de nuevo en el cuerpo después de su «despertar». Chazenbalk asegura que «esta población de células está latente en el tejido de grasa hasta que se somete a condiciones muy duras. Son células que pueden sobrevivir en condiciones en las que por lo general sólo las células tumorales pueden vivir».

Medicina regenerativa

Los investigadores creen que estas nuevas células podrían ser una opción de tratamiento para numerosas enfermedades, incluyendo cardiopatías, enfermedad cerebrovascular y regeneración neuronal, explica el autor de esta investigación, cuyos resultados publica este miércoles. Además, tal y como se describe en el trabajo que se publica en PLoS One, para su purificación y aislamiento de células Muse-AT no se requiere el uso de un clasificador de células u otros dispositivos especializados de alta tecnología, ya que son capaces de crecer bien en suspensión, formando esferas de células o como células adherentes, creando agregados de células muy similares a cuerpos embrionales derivados de células madre embrionarias humanas.

Actualmente, las células madre embrionarias y células madre pluripotentes inducidas (células de la piel que se convirtieron en células similares a las embrionarias) son las dos fuentes principales de células pluripotentes. Sin embargo, ambos tipos pueden exhibir una capacidad no controlada para la diferenciación y la proliferación, lo que lleva a la formación de tumores. «Se ha avanzado poco en la resolución de ese defecto», reconoce Chazenbalk.

Originalmente, un grupo de investigación de la Universidad de Tokohu (Japón), descubrió células Muse derivadas de la médula ósea y de la piel, en lugar de la grasa y mostró que las células Muse no produjeron teratomas en modelos animales. Además de proporcionar una fuente potencial de las células para la medicina regenerativa, Chazenbalk señala que las células Musa-AT pueden proporcionar una mejor comprensión de las células cancerosas, las únicas otras células conocidas que muestran resistencia al estrés. En el futuro, Chazenbalk y su equipo usarán células Muse-AT en modelos animales para regenerar tejidos dañados o disfuncionales con el fin de determinar la eficiencia con que crecen y se llevan a cabo en el cuerpo y para evaluar su potencial para el uso clínico futuro. «Las células Muse-AT tienen el potencial de un impacto crítico en el campo de la medicina regenerativa», concluye este experto.

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Una esperanza para la leucemia de los ancianos

• La leucemia linfática crónica se diagnostica sobre todo en mayores de 65 años
• Las terapias actuales son muy agresivos para los pacientes más vulnerables

Glóbulos blancos afectados por la leucemia. | Science Photo Library

En algunos pacientes mayores, con leucemia linfática crónica (la más común), los tratamientos que funcionan en personas jóvenes no siempre se pueden administrar debido al riesgo de los efectos secundarios. Buscar alternativas que mejoren la eficacia de la ‘quimio’, sin poner en riesgo a los pacientes con más de 65-70 años, es una de las prioridades en la hematología actual.

Casi 40 hospitales españoles han participado en un estudio internacional con este objetivo que se presentará en el congreso de la Sociedad Americana de Oncología Clínica (ASCO), que se celebra a finales de mes en Chicago (EEUU), pero que este año ha adelantado ya algunos de los trabajos que se debatirán allí.

El estudio en fase III dividió a 781 pacientes recién diagnosticados de leucemia linfática crónica (que no habían recibido tratamiento previo) en tres grupos. En uno, únicamente recibieron quimioterapia (clorambucilo); en el segundo, añadieron además rituximab (la terapia inmunológica autorizada en la actualidad, pero que no se administra a los pacientes más mayores por sus efectos secundarios). El tercer grupo, recibió quimioterapia más el nuevo agente experimental (de los laboratorios Roche), GA101.

«En este tipo de leucemia crónica, muchos pacientes ni siquiera necesitan tratamiento», explica a ELMUNDO.es el doctor Javier de la Serna, jefe de Hematología en el Hospital 12 de Octubre de Madrid y principal investigador del trabajo en España (de donde procedían 109 de los pacientes). En el otro 50% de los casos, aproximadamente, la enfermedad obliga a dar tratamiento: «En pacientes más jóvenes, se añade rituximab a la quimioterapia; pero en personas mayores o con otros problemas de salud estos tratamientos son peligrosos porque hacen descender sus defensas y se trata de una población más vulnerable», aclara el hematólogo español.

Para estas «necesidades no cubiertas» se investigan en la actualidad tratamientos como GA101; «un rituximab mejorado» en palabras del investigador español. Según los resultados difundidos por la compañía, el nuevo tratamiento experimental logró retrasar hasta casi los dos años la progresión de la leucemia, frente a los 10,9 del grupo que únicamente recibió ‘quimio’ y 15,7 en el grupo de quimioterapia y rituximab. En términos estadísticos, los beneficios de GA101 se traducen en una reducción del 32% del riesgo de muerte o progresión de la enfermedad frente a la quimioterapia sola.

«Son resultados muy impresionantes, con una reducción drástica de los linfocitos desde los primeros ciclos», señala a este periódico José Antonio García Marcos, especialista de la Sociedad Española de Hematología y otro de los investigadores principales de la rama española. En su opinión, el único ‘pero’ es que el fármaco se administra mediante una inyección intravenosa, que requiere que el paciente esté cuatro o cinco horas en el hospital con el gotero, «aunque con muy pocos efectos secundarios».

El doctor De la Serna admite que el trabajo no ha demostrado una mejoría en la supervivencia global (más allá de retrasar las recaídas), pero confía en que esto pueda suceder con un seguimiento a más largo plazo. Del mismo modo, el hematólogo español reconoce que es pronto para que estos resultados cambien la práctica clínica actual en los hospitales; «pero en mi opinión, cuando el trabajo esté más maduro, quizás el año que viene, esto será así. Estamos ante resultados muy satisfactorios, probablemente ante un nuevo estándar de inmunoquimioterapia» para los pacientes mayores afectados por este tipo de leucemia crónica. Hay que tener en cuenta que la media de edad de los pacientes incluidos en el trabajo era de 73 años.

Respecto a los efectos secundarios del nuevo medicamento, el estudio sí apreció una mayor disminución de las defensas (neutrófilos), aunque eso no se tradujo en una mayor incidencia de infecciones; un problema que preocupa especialmente en estos pacientes.

Esta leucemia es la más frecuente en los países desarrollados aunque su incidencia es menos frecuente en personas menores de 50 años (cinco casos por cada 100.000 habitantes), aunque aumenta significativamente a partir de los 70 (30 por cada 100.000). Todo esto, sumado al envejecimiento de la población, convierte a estos pacientes en un grupo en el que habrá que seguir buscando terapias eficaces y poco tóxicas en el futuro.

De hecho, como prosigue el doctor García Marco, del Hospital Puerta de Hierro de Madrid, no es el único fármaco para esta leucemia que se está investigando, y cuyos resultados se darán a conocer en ASCO. «Hay una serie de estrategias terapéuticas nuevas, desde la fase I a la III, muy prometedoras», señala. Es el caso de idelalisib (GS-1101), cuyos resultados en fase I hablan de «muy buenas respuestas con pocos efectos secundarios», concluye.

Una esperanza para la leucemia de los ancianos | Cáncer | elmundo.es.

Cómo secuestran los virus la maquinaria endocítica? (II) Nature

Los biólogos celulares han estado intrigados por endocitosis desde que Ilya Metchnikoff describió el fenómeno de la fagocitosis, una forma de endocitosis que utiliza vesículas de internalizar partículas sólidas. Era diciembre de 1882, I. Metchnikoff, de treinta y siete años de edad, zoólogo ruso, vivía junto al mar, en la costa noreste de Sicilia. Durante un paseo por la playa, recogió un minuto, larvas transparentes de estrellas de ma. Él atravesó la larva con una espina de una rosa. En respuesta, las células ameboides pequeñas cubrieron la espina en un intento de ingerir la amenaza invasora. Metchnikoff llamó a estas células defensivas fagocitos (del griego phagein, que significa «comer» o «devorar») (Figura 1). Como resultado, los fagocitos ingieren sustancias tanto para la alimentación como por un mecanismo de protección. Después de que Metchnikoff realizó su observación, él y otros científicos continuaron estudiando el mecanismo de protección, mientras que otros investigadores se centraron en la comprensión y caracterización de los mecanismos que gobiernan cómo las células engullen sustancias (endocitosis) Tauber (2003).

Figura 1: La teoría de la fagocitosis
Ilya Metchnikoff descubrió la fagocitosis (una forma de endocitosis que utiliza vesículas de internalizar partículas sólidas). Los fagocitos son células especializadas que ingieren y destruyen bacterias.© 2003 Nature Publishing Group . Conner, SD y Schmid, SL portales Regulados de la entrada en la célula de la Naturaleza 422, 37-44 (2003) doi: 10.1038/nature01451. Todos los derechos reservados

Fagocitosis

Desde la época de Metchnikoff, los científicos han llegado a comprender la fagocitosis relativamente bien. La fagocitosis es un proceso activo y altamente regulado que involucra a los receptores de la superficie celular específicos y cascadas de señalización. En los mamíferos, se lleva a cabo principalmente en células especializadas, tales como macrófagos, monocitos y neutrófilos, que funcionan para eliminar grandes patógenos tales como bacterias y parásitos y restos de células grandes. Recientemente, los científicos descubrieron que los virus tales como el herpes simple 1 (que causa el herpes en seres humanos) y Mimivirus (un virus peculiar originalmente se encuentra en un tipo de amebas de vida libre) pueden utilizar la fagocitosis para entrar en las células (Clemente y col. 2006; Ghigo et . al2008).

Pinocitosis

Pinocitosis incluye varios mecanismos endocíticos no relacionados. Uno de ellos es macropinocitosis (Figura 2) , en el que la célula envuelve a las partículas grandes y el líquido. En este mecanismo, la membrana se replegables con volantes y encierra la carga que se internaliza. Entre los virus que utilizan este mecanismo de entrada son el virus vaccinia (un virus que fue utilizado como una vacuna contra la viruela), virus de la inmunodeficiencia humana tipo 1 (el virus que causa el SIDA), echovirus tipo 1 (un virus que infecta el tracto gastrointestinal y puede extenderse a otros órganos, causando la enfermedad ), y el adenovirus 3 (un virus que puede causar infecciones del tracto respiratorio superior) (Marechal et al. 2001; Amstutz et al.2008, Huang et al. 2008; Liberali et al. 2008).

En ambos procesos la fagocitosis y la macropinocitosis, la actina del citoesqueleto parece jugar un papel muy importante y activo. Los científicos lo saben porque estos procesos pueden ser inhibidos por los fármacos que bloquean o inhiben la polimerización de actina (Mercer y Helenius 2009).

Además de macropinocitosis, hay un grupo de vías de pinocitosis que utilizan diferentes proteínas para recubrir las vesículas endocíticas o evitar el paso de las vesículas de la membrana plasmática. Además, algunas vías de pinocitosis implican diferentes lípidos de la membrana o enzimas modificadoras de líppidos. Hay tres tipos de vías:

1. Endocitosis mediada por clatrina :

La endocitosis mediada por clatrina es una vía pinocítica. Los estudios de la estructura de clatrina mostraron que forma triskeliones compuestos por tres cadenas pesadas de clatrina y tres cadenas ligeras. Los triskeliones se ensamblan para formar un enrejado poligonal que ayuda a deformar la membrana plasmática como un pozo revestido (Figura 3). Mediante el uso de formación de imágenes en vivo de células, mutantes negativos dominantes (que producen proteínas no funcionales), y ARN de interferencia (para bloquear mensajeros específicos), los científicos mostraron que los virus tales como el virus de la hepatitis C, virus del dengue, y reovirus de mamífero (que afecta el tracto gastrointestinal y vías respiratorias) utilizan esta vía (Ehrilchet al. 2004; Meertens, Bertaux y Dragic 2006, van der Schaar et al.2008). De hecho, la mayoría de los virus utilizan este tipo de endocitosis para entrar en sus células huésped.

Figura 3: Componentes básicos de la maquinaria conducir endocitosis mediada por clatrina
Triskeliones Clathrin, compuesto por tres cadenas pesadas clatrina (CHC) y tres cadenas ligeras fuertemente asociados (CLC), se ensamblan para formar una red poligonal, que ayuda a deformar la membrana plasmática que recubre a un pozo cubierto. Heterotetraméricas AP2 complejos se dirigen a la membrana plasmática por las subunidades α-adaptin, donde median conjunto de clatrina a través de la subunidad β2-e interactúan directamente con la clasificación de motivos sobre las moléculas de carga a través de sus μ2 subunidades. Dynamin es una GTPasa multidominio que se reclutó a los cuellos de depresiones revestidas, donde se puede montar en una espiral o «cuello» para mediar o controlar la fisión membrana y la liberación de vesículas recubiertas de clatrina. Una reacción uncoating posterior reciclaje de los componentes de la capa para su reutilización.

2. Endocitosis mediada por Caveolas :

Las caveolas son pequeñas invaginaciones de la membrana plasmática de la célula. Bajo el microscopio electrónico, las caveolas parecen ser pozos en forma de matraz, sobre 50-80 nm de diámetro. Ellos se componen de lípidos (tales como colesterol y esfingolípidos) y caveolina. Una pequeña proteína dimérica llamada caveolina crea la forma y estructura de las caveolas. Proteínas de caveolin la insertan en la membrana plasmática y la auto-asocian, formando una capa de caveolina en la superficie de la membrana (Figura 4).

Tanto el virus SV40 (un virus encontrado en monos y seres humanos) y el virus del papiloma (que puede causar verrugas genitales y se asocia con cuello uterino cáncer ) usan endocitosis  mediada por caveolas para infectar las células. ¿Cómo lo sabemos? En un caso, los investigadores fueron capaces de bloquear la entrada de virus SV40 en las células humanas y de mono al impedir la formación de caveolas usando una droga llamada nistatina. Como en el caso control, inhiben la formación de vesículas revestidas de clatrina, y como se esperaba, el virus se mantuvo completamente infectivo en las células (Anderson et al.1996). Usando la misma estrategia, junto con mutantes dominantes negativos de caveolina, Jessica Smith y su grupo demostraron que el virus del papiloma también utiliza la vía de entrada mediada por caveolas (Smith, Campos y Ozbun 2007).

Figura 4: Las características principales de caveolae y caveolins
Caveolina se inserta en la membrana caveolar, con los extremos N y C que se enfrenta el citoplasma y un putativo «horquilla» dominio intramembrane incrustado dentro de la bicapa de la membrana. El dominio andamiaje, una región altamente conservada de la caveolina, podría tener un papel en las interacciones de colesterol a través conservado básica (+) y residuos hidrófobos voluminosos (círculos rojos). El dominio C-terminal, que está cerca del dominio intramembrane, es modificada por grupos palmitoilo que se insertan en la bicapa lipídica. Las estructuras complejas que se forman por interconectada caveolae pueden ocupar un área grande de la membrana plasmática.

3. Vïas endocíticas alternativas :

Además de los descritos anteriormente, los procesos de endocitosis bien establecidos, hay una serie de vías endocíticas que no implican clatrina y caveolina. En estas vías endocítica, aún no se han identificado las proteínas o procesos de invaginación de los sistemas de capa específicas. Los científicos han descubierto que algunos virus – incluido el rotavirus (la causa más común de diarrea en los niños), el virus de la coriomeningitis linfocítica (un virus de roedores que pueden infectar a los humanos), y, en algunos tipos de células, la influenza (gripe) – entran en las células a través de estas vías alternativas (Rojek, Perez & Kunz 2008; Sánchez-San Martin et al.(2004).

La etapa final de entrada

Una vez que un parche de membrana está revestido, la vesícula endocítica debe separarse de la membrana plasmática. En 1993, Sandra Schmid y sus colegas observaron que la fisión de las vesículas endocítica se veía afectada en células  eucariotas con mutaciones en una  GTPasa pesada llamada dynamina (van der Bliek et al. 1993). Sus resultados sugieren que la dynamina jugó un papel en la endocitosis. Más tarde, los científicos confirmaron que la dynamina se requiere para la fagocitosis y la endocitosis de clatrina y mediada por caveolas, así como para algunas vías endocítica independientes de clathrina y caveolas. Durante las últimas etapas de la formación de vesículas, la dynamina se auto-ensambla en el cuello de las depresiones revestidas profundamente invaginadas y forma un collar que estrangula y libera la vesícula pinocítica de la membrana plasmática. Paradójicamente, los virus se utilizan a menudo como modelo de carga a fagocitar por diferentes vías endocíticas porque la infección viral con éxito se puede controlar de manera eficiente detectando de la expresión amplificada de proteínas virales en las células infectadas. Además, las partículas virales pueden ser fácilmente visualizadas por microscopía electrónica, y los viriones marcados con fluorescencia pueden ser rastreados de forma individual en las células vivas.

Resumen 

Ahora está claro que, además de la vía endocítica mediada por clatrina bien caracterizada, hay una multitud de vías endocíticas por las que la célula internaliza diferentes moléculas. Sólo estamos empezando a comprender la endocitosis. ¿Cuántas rutas más endocíticas están ahí, esperando a ser encontradas?

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Cómo secuestran los virus la maquinaria endocítica?(I) Nature

Las células absorben partículas sólidas mediante un proceso llamado endocitosis. ¿Cómo utilizan los científicos los virus para aprender acerca de las funciones de endocitosis en las células?

Los virus son los microorganismos más pequeños en la naturaleza. Como tales, son parásitos obligados lo que significa que no pueden vivir o reproducirse sin un anfitrión. En consecuencia, los virus se encuentran allí donde hay organismos vivos, incluidos los humanos. El resfriado común, la varicela, el herpes labial, el SIDA y el SARS son sólo algunos ejemplos de las enfermedades que causan los virus. Después de que un virus se adhiere a su célula huésped, debe encontrar la manera de entrar en la célula. ¿Cómo han pirateado los virus las vías de la célula para causar infecciones, y cómo han aprendido los científicos acerca de la endocitosis mediante el estudio de las vías de entrada virales?

Guerra de la célula contra los virus

Como parte de nuestra guerra contra los virus, los científicos han tratado de entender todo lo que pueda acerca de estos pequeños pero complejos enemigos. Hemos aprendido mucho en las últimas décadas. Por ejemplo, con la ayuda de potentes microscopios, herramientas y métodos genéticos, bioquímicos, los científicos han descubierto que los virus sólo llevan los elementos esenciales necesarios para el reconocimiento de sus células huésped y replican su genoma dentro del huésped. Sin embargo, esta economía tiene un coste. Dada su simplicidad, los virus son completamente dependientes de la maquinaria biosintética de la célula huésped. Por lo tanto, han desarrollado trucos exquisitos para aprovechar las funciones de la célula huésped en su propio beneficio. Por así decirlo, los virus son análogos a un ejército enemigo que no se detendrá hasta que vence el territorio de su célula huésped y utiliza todos los recursos de ésta.

Por ejemplo, las células han evolucionado la maquinaria endocítica, un complejo conjunto de vesículas y proteínas para ingresar moléculas. En respuesta, algunos virus han desarrollado estrategias para secuestrar la maquinaria endocítica de la célula para entrar en el citoplasma o el núcleo de la célula, dependiendo de la estrategia de replicación del virus en particular. La ubicación en la que el ciclo de replicación viral se lleva a cabo es dictado por el tipo de ácido nucleico que constituye el genoma viral (ya sea ADN o ARN). La ironía es que mediante el estudio de los mecanismos de entrada del virus, los científicos han obtenido una mayor comprensión de la maquinaria endocítica de la célula.

A mediados de los años 1950, varios investigadores observaron que las pequeñas moléculas tales como iones, aminoácidos, azúcares y pueden atravesar la membrana plasmática a través de canales o bombas hechas de proteínas integrales de membrana. En contraste, se enteraron de que las grandes moléculas y partículas se internalizan en vesículas derivadas de la invaginación y separación de segmentos de la membrana plasmática en un proceso que llamaron endocitosis. La endocitosis también sirve como un mecanismo para controlar la composición de proteína y lípidos (un tipo de grasa) de la membrana plasmática. Por lo tanto, la endocitosis está implicada en la regulación de diferentes procesos celulares, incluyendo la mitosis , presentación de antígenos, la migración de la célula y muchas cascadas de señalización intracelulares.

Entendiendo la endocitosis

Nuestra comprensión moderna de la endocitosis proviene de dos importantes observaciones realizadas en la década de 1970. La primera fue por Ralph Steinman y sus colegas que utilizan los enfoques cuantitativos bioquímicos y microscopía electrónica para demostrar que las células en cultivo de mamífero fueron capaces de internalizar enormes cantidades de la membrana plasmática. Estos científicos hicieron la importante observación de que la mayor parte de la membrana que se internaliza más tarde fue reciclada de nuevo a la membrana plasmática (Steinman, Brodie y Cohn, 1976).

El segundo descubrimiento clave es debido a por Michael Brown, Joseph Goldstein y sus colegas, que estaban estudiando la regulación del colesterol en el metabolismo. Tenían la intención de encontrar tratamientos para las enfermedades causadas por los altos niveles de colesterol en la sangre. A través del estudio de la absorción de las lipoproteínas de baja densidad (LDL) por fibroblastos de la piel, se observó que la internalización de LDL fue mediada por un receptor específico presente en la superficie de las células. Se acuñó el término «endocitosis mediada por el receptor» para describir la entrada de las LDL en las células (Goldstein y Brown 2009). En otra serie de experimentos, Brown y Goldstein utilizaron la microscopía electrónica para examinar la endocitosis de LDL (y varios otros ligandos). Ellos observaron que las vesículas responsables de la endocitosis de estas moléculas eran vesículas «recubiertas» rodeadas por una capa de Retículo. Brown y Goldstein fueron galardonados con el Premio Nobel por sus destacadas contribuciones al estudio del metabolismo del colesterol, incluyendo el descubrimiento de la endocitosis mediada por receptor.

En 1975, Barbara Pearse identificó la proteína que recubre las vesículas endocíticas. Llamó a la proteína clatrina por su capacidad para formar estructuras entrerejadas com las de Pearse (1976). Mediante la secuenciación de fragmentos de la proteína clatrina (péptidos), Pearse descubrió que la proteína estaba altamente conservada en diferentes tipos de células e incluso en animales de diferentes especies.

Los virus entran en escena

Durante la década de 1970, Ari Helenius comenzó a trabajar con el Semliki Forest virus (SFV), un virus aislado por primera vez de los mosquitos en Uganda que pueden causar enfermedades en los seres humanos y los animales. Helenius y sus colegas descubrieron que SFV se une inicialmente a la superficie de la célula. Después de haberse fijado, la mayoría del virus están envueltos rápidamente por vesículas recubiertas y secuestrados en vacuolas intracelulares y lisosomas. Usando microscopía y estudios bioquímicos, concluyeron que el SFV entraba en las células mediante el uso de la vía de endocitosis mediada por clatrina. El trabajo de Helenius ligaba la historia de los virus de la historia de la endocitosis. ¿Cómo utilizaron estos virus la vía endocítica de las células?

El primer paso para un virus para invadir una célula es cruzar la membrana plasmática de la célula, que es una barrera lipídica. En general, un virus consta de una o más capas de proteína que encierran su genoma viral. En algunos casos, el virus también contiene enzimas, tales como polimerasas y proteasas, que son necesarias para la replicación viral dentro de la célula. Algunos virus también tienen una envoltura lipídica incrustada con las proteínas. Ambos virus, con envoltura y sin envoltura, utilizan las proteínas presentes en sus superficies para unirse y entrar en la célula huésped. La investigación de Helenius mostró que los virus han desarrollado la capacidad de secuestrar y utilizar mecanismos de endocitosis de la célula para invadir sus células huésped de manera eficiente. Las vesículas endocíticas transportan las partículas virales entrantes de la membrana plasmática a la zona perinuclear de la célula huésped, donde las condiciones para la replicación viral son óptimas.

En ese momento, los científicos sabían que las vesículas endosomales maduran durante su viaje en la célula y que el pH del lumen de la vesícula se reduce gradualmente. En sus estudios de SFV, Helenius y sus colegas hicieron un segundo descubrimiento. Se observó que la disminución en el pH de la vesícula indujo cambios conformacionales en las partículas virales de SFV (viriones), lo que les permite escapar de la vesícula y entran en el citoplasma de la célula, donde podrían iniciar su ciclo de replicación. Los investigadores estaban muy emocionados. Si las observaciones son correctas, entonces puede ser que sean capaces de inhibir la entrada de SFV en las células mediante la prevención de la acidificación de los endosomas. En un experimento seminal, usaron compuestos que previenen la acidificación endosomal para ver si podían bloquear la invasión de células de SFV (Helenius et al . 1980). Para su deleite, su hipótesis fue correcta!

No una, varias vías para entrar en las células

Algunos años después del descubrimiento de la endocitosis mediada por receptor, se hizo evidente que no todo fue internalizados por endocitosis dependiente de clatrina. Por ejemplo, cuando los científicos inhibieron la endocitosis mediada por clatrina con un tratamiento que elimina el entrerejado de clatrina de la membrana plasmática, las células podrían todavía internalizar de manera eficiente la toxina ricina (una proteína de semillas de ricino) (Larkin et al. 1983). ¿Cómo podría ser internalizada la ricina sin clatrina? La explicación más obvia es que existía una forma de endocitosis independiente de la clatrina. Los científicos tenían que encontrarla.

Gracias a su trabajo, ahora sabemos que hay dos grandes clases de vías endocíticas en las células de mamíferos, dependiendo de si la absorción implica partículas grandes (fagocitosis) o principalmente solutos y agua (pinocitosis). Estas vías difieren en la carga que internalizan, las señales necesarias para la activación, la maquinaria de la proteína implicada en el proceso endocítico y el destino del material interiorizado (Figura).

Figura : Vías de entrada en las células
Las partículas grandes pueden ser absorbidos por fagocitosis, mientras que la captación de fluido se produce por macropinocitosis. Numerosos cargos pueden endocitosis por mecanismos que son independientes de la proteína de la cubierta de clatrina y la GTPasa fisión, dinamina. Cargas más internalizados se entregan al endosoma temprano a través de vesiculares (clatrina o caveolina-revestido vesículas) o intermedios tubulares conocidos como portadores de clatrina y dynamin-independientes (CLIC) que se derivan de la membrana plasmática. Algunos caminos pueden primero tráfico a compartimentos intermedios, como los fosfatidilinositol-anclado proteínas enriquecidas con principios de endosomal compartimentos caveosome o glicosil (GEEC), en ruta hacia el endosoma temprano.

Referencias y lecturas recomendadas

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Amstutz, B. et al. subversión de macropinocytosis CtBP1 controlado por adenovirus humano serotipo 3 . EMBO Journal 27 , 956-969 (2008).

Anderson HA et al. Bound virus de simio 40 transloca a dominios de la membrana caveolina-enriquecidos, y su entrada es inhibida por fármacos que interrumpen selectivamente caveolae . Biología molecular de la célula 7 , 1825-1834 (1996).

Clement, C. et al. Un nuevo papel para la absorción de fagocitosis-como en la entrada del virus del herpes simple . Revista de Biología Celular 174 , 1009-1021 (2006).

Ehrlich, M. et al. endocitosis por iniciación aleatoria y la estabilización de depresiones revestidas de clatrina . célula 118 , 591-605 (2004).

Ghigo, E . et al. Mimivirus Ameobal patógeno infecta a los macrófagos a través de la fagocitosis . PLoS Patógenos 4 , e1000087 (2008).

Goldstein, JL y Brown, MS Historia de descubrimiento: El receptor de LDL . Arteriosclerosis, Trombosis, and Vascular Biología 29 , 431-438 (2009).

Helenius, A. et al. En la entrada del virus del Bosque de Semliki en células BHK-21 . Revista de Biología Celular 84 , 404-420 (1980).

Huang, CY et al. Una nueva proteína celular, VPEF, facilita la penetración del virus vaccinia en células HeLa mediante endocitosis fase fluida . Journal of Virology 82 , 7988-7999 (2008).

Larkin, JM et al. El agotamiento de potasio intracelular detenciones formación de pozo revestido y endocitosis mediada por receptor en los fibroblastos. célula 33 , 273-285 (1983).

Liberali, P. et al. El cierre de macropinosomes Pak1-dependientes requiere la fosforilación de CtBP1/BARS . EMBO Journal 27 , 970-981 (2008).

Marechal, V. et al. entrada del virus de la inmunodeficiencia humana tipo 1 en macrófagos mediada por macropinocitosis . Journal of Virology 75 , desde 11.166 hasta 11.177 (2001).

Meertens, L., Bertaux, C. & Dragic, T. entrada del virus de la hepatitis C requiere un paso postinternalization crítica y la entrega a los endosomas tempranos a través de vesículas revestidas de clatrina . Journal of Virology 80 , 11.571 a 11.578 (2006).

Mercer, J. & Helenius, A. Virus entrada por macropinocytosis. Nature Cell Biology 11 , 510-520 (2009) doi: 10.1038/ncb0509-510.

Pearse, BMF Clathrin: Una única proteína asociada a la transferencia intracelular de la membrana de las vesículas revestidas . Actas de la Academia Nacional de Ciencias 73 , 1255-1259 (1976).

Rojek, JM, Pérez, M. & Kunz, S. entrada celular del virus de la coriomeningitis linfocítica . Journal of Virology 82 , 1505-1517 (2008).

Sánchez-San Martín, C. et al. Caracterización de entrada a la célula por rotavirus . Journal of Virology 78 , 2310-2318 (2004).

Smith, JL, Campos, SK & Ozbun, MA virus del papiloma humano tipo 31 utiliza un caveolina 1 – y dynamin vía de entrada 2 mediada por la infección de los queratinocitos humanos . Journal of Virology 81 , 9922 a 9931 (2007).

Steinman, RM, Brodie, SE & Cohn, ZA flujo de la membrana durante la pinocitosis: Un análisis estereológica . Journal of Cell Science 68 , 665-687 (1976).

Tauber, AI Metchnikoff y la teoría de la fagocitosis Nature Reviews Molecular Biología Celular 4 , 897-901 (2003) doi: 10.1038/nrm1244.

van der Bliek, AM et al. Las mutaciones en humanos dynamin bloquear una etapa intermedia en la formación de vesículas recubierto .Revista de Biología Celular 122 , 553-563 (1993).

van der Schaar, HM et al. Disección de la vía de entrada a la célula del virus del dengue por el seguimiento de una partícula en las células vivas . PLoS Patógenos 4 , e1000244 (2008).

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El mayor mapa genético del cáncer | EL PAÍS

El genoma de los grandes tipos de tumores revoluciona el conocimiento de la enfermedad

Los investigadores logran catalogar las mutaciones no heredadas

Células del cáncer de mama

Ningún oncólogo cree a estas alturas que el equivalente moderno del doctor Fleming vaya a descubrir la penicilina contra el cáncer, algún tipo de fármaco o procedimiento médico de aplicación general que suponga el verdadero vuelco en el tratamiento antitumoral, que convierta al matarife en una enfermedad curable o, al menos, crónica y controlable. No va a haber una penicilina del cáncer, y ya nadie la está buscando.

Pero la mitad de los cánceres ya se curan, como repite sin cesar cualquier oncólogo. Y la guerra contra la otra mitad se está librando ahora mismo en dos frentes esenciales. Uno se refiere al tema eterno del diagnóstico precoz, que pese a sus orígenes prehistóricos no ha perdido un ápice de importancia en nuestros días. Y el otro es la genómica, el nuevo cuerpo de conceptos y tecnologías del ADN que está revolucionando la biología en su conjunto, y la investigación del cáncer en particular.

Con ser una disciplina nueva, la genómica del cáncer va cumpliendo un decenio y ha vertido ya un Iguazú de nuevos conocimientos sobre la oncología, siempre sedienta de ellos. Los primeros esfuerzos en genómica del cáncer se centraron en las mutaciones heredadas que confieren una alta propensión a la enfermedad. Este tipo de alteraciones heredadas (o mutaciones de la línea germinal, en la jerga) son al fin y al cabo la gran especialidad de la genética desde sus orígenes en el huerto conventual de Gregor Mendel.

Pero el gran avance de las técnicas de secuenciación de ADN —y sobre todo su acelerado abaratamiento— ha permitido ahora catalogar las mutaciones somáticas (no heredadas, sino surgidas en el cuerpo del adulto) que dirigen el crecimiento de los principales tipos de tumores. Los grandes cerebros del sector dan cuenta del estado de la cuestión en cuatro artículos de la revistaScience y dos números especiales de su subsidiaria Science Signalling.Los datos revelan un filón de nuevas vías abiertas para el tratamiento de los principales tipos de tumores.

Uno de los grandes problemas de la lucha antitumoral, se dice a menudo, es que el cáncer no es una enfermedad, sino 200 distintas. Esta es una de las razones de que nadie espere la píldora del doctor Fleming, y el alud de datos de la genómica moderna ha empeorado aún más el cuadro. La primera impresión que ofreció ese atracón de secuencias genéticas (gaatgtta…) fue que no solo había 200 enfermedades distintas, sino que encima cada enfermo es un mundo.

Cuatro trabajos en ‘Science’ revelan un filón de vías abiertas

Pero los conceptos generales han empezado a emerger de esas pormenorizadas espesuras, y con ellos las nuevas estrategias para el tratamiento. La historia de la ciencia muestra que el entendimiento es el prólogo de la esperanza.

“Hace 10 años”, dicen Bert Vogelstein y sus colegas del Instituto Médico Howard Hughes en Baltimore, “la idea de que todos los genes alterados en el cáncer pudieran ser identificados con la resolución de un par de bases habría parecido ciencia ficción”. Lo del “par de bases” no es una concesión de Vogelstein a la indeterminación literaria. Es la mayor precisión que se puede alcanzar en biología: detectar, entre los 3.000 millones de letras del ADN que contiene cada una de nuestras células, una errata en una sola letra que tiene efectos cancerosos.

Ese análisis de amplitud genómica ahora no es solo posible, sino incluso una mera “rutina”, en palabras de Vogelstein, en los laboratorios avanzados de investigación oncológica que salpican el planeta. Vogelstein, premio Príncipe de Asturias en 2004 por sus contribuciones a la genética del cáncer, es también uno de los grandes pioneros de la genómica del cáncer, o aplicación de las nuevas tecnologías de secuenciación (lectura) del ADN a la lucha contra esa enfermedad (o esas 200 enfermedades distintas). Quizá no sea casual que su primera licenciatura no la obtuviera en Biología, sino en Matemáticas.

El abaratamiento de las lecturas de ADN ha facilitado los progresos

Por poco científico que suene, los costes han sido la cuestión capital para este progreso. Cuando se empezaron a estudiar los primeros genomas del cáncer —que fueron los de colon y mama, hace unos 10 años—, secuenciar un tumor de cada paciente costaba unos 100.000 dólares (78.000 euros al cambio actual); el coste ronda ahora los 1.000 dólares (780 euros).

Como consecuencia, las investigaciones que presentan de una tacada los genomas de 100 tumores de cierto tipo (mama, piel u otros tejidos) “se han convertido en la norma”, según los genetistas del Howard Hughes. El diluvio de datos es abrumador y no tiene el más remoto precedente en la investigación oncológica. Los investigadores esperan que ese salto cuantitativo ascienda a cualitativo en los próximos años. Ya lo es para el conocimiento del cáncer y el objetivo es que pronto lo sea también para el tratamiento.

La genómica ha descubierto que los principales cánceres humanos se deben a la acumulación de unas pocas mutaciones —entre dos y ocho— que se van sumando serialmente a lo largo de 20 o 30 años. Alguna de esas mutaciones puede venir puesta de nacimiento, confiriendo a esa persona una alta propensión a desarrollar uno u otro tipo de tumor, o incluso cualquier tipo de tumor.

Pero lo habitual es que las mutaciones surjan a lo largo de la vida del individuo, y en algunos cánceres la causa no puede estar más clara. Es el caso del humo del tabaco para el cáncer de pulmón, o el de la radiación ultravioleta de la luz solar para el cáncer de piel. Estos dos cánceres, de hecho, son algunos de los que más mutaciones exhiben de todos los examinados por la genómica. A lo largo de los 20 o 30 años que tardan en desarrollarse, estos tumores se benefician grandemente de la persistencia en los hábitos fumadores o solariegos de sus portadores.

La mayoría de los cánceres dependen de unas pocas mutaciones

Esas pocas mutaciones (de dos a ocho) que se acumulan durante dos décadas son cancerosas en un sentido muy explícito: cada una de ellas, por sí misma, incrementa el ritmo de división celular (o reduce el de muerte celular, o ambas). La célula que sufre la mutación adquiere así una ventaja competitiva sobre sus células vecinas. Aun cuando la ventaja sea pequeña en cada generación celular, su efecto acumulativo a lo largo de los años suele producir un clon de células mutadas en algún órgano del paciente.

Una peca es un ejemplo intuitivo de uno de estos clones (recuerden que la piel es un órgano), y también ilustra el hecho de que una sola mutación no suele ser maligna. Lo que sí genera es un campo amplificado de células sobre las que sembrar la siguiente mutación. En estas condiciones, no hace falta postular ningún mecanismo especial para la acumulación de mutaciones en una sola célula. El viejo y venerable azar se basta por sí solo para acabar complicando las cosas.

Por desgracia —y como cabía esperar, por otro lado— esas dos u ocho mutaciones críticas no son las mismas en todos los cánceres. Con algunas excepciones, tienden a ser específicas de cada tipo de tumor. Esta es la razón de que no haya ocho genes del cáncer, sino 140. Son lo que los investigadores llaman genes conductores, genes cuyas alteraciones (mutaciones) confieren a la célula que las sufre una ventaja selectiva en su competitivo vecindario celular, y que por tanto dirigen o conducen el desarrollo del tumor.

El término conductores sirve para distinguirlos de la vasta mayoría de genes que aparecen mutados en cualquier tumor, que son meros pasajeros: alteraciones oportunistas que se ven amplificadas en el cuerpo por el mero hecho de que ocurren en el mismo genoma —en el mismo autobús— que las mutaciones en los genes conductores.

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Unos anticuerpos atacan las células de la leucemia linfática crónica | Sociedad | EL PAÍS

El tratamiento empezará a ensayarse pronto en humanos

Células de leucemia linfática crónica. / UC SAN DIEGO SCHOOL OF MEDICINE

Unos anticuerpos monoclonales modificados se han mostrado capaces de destruir un tipo de células de la leucemia linfática crónica (LLC). El descubrimiento, de investigadores del San Diego Moores Cancer Center de la Universidad de California lo publica PNAS.

El hallazgo se basa en que las células cancerosas presentan una proteína en su superficie, llamada CD44, que es específico para el anticuerpo RG7356. Con ello actúa como un señalizador de qué células deben ser atacadas. Tiene la ventaja de que el resto de las células del sistema linfático no se ven afectadas.

El anticuerpo tiene otro efecto concomitante: induce la muerte celular (apoptosis) en las células LLC con una proteína ZAP-70. Esta proteína está presente en aproximadamente la mitad de los casos de leucemia, y es precisamente un indicador de que se trata de los casos más graves. “Al dirigirse al CD44, puede ser posible matar las células LLC sin que hagan falta otros cofactores que suelen ser necesarios para que actúen los anticuerpos”, ha dicho el investigador principal del estudio, Thomas Kipps. “Planeamos empezar los ensayos de este anticuerpo en humanos pronto”.

Unos anticuerpos atacan las células de la leucemia linfática crónica | Sociedad | EL PAÍS.

Descubren una «garantía» celular contra el cáncer – ABC.es

División de las células

Un grupo de investigadores de la Universidad de Wisconsin ha descubierto una nueva forma de división celular, una especie de mecanismo de «garantía» o recuperación que, en caso de que la división convencional falle o resulte defectuosa, evita que las células resultantes sigan multiplicándose por un camino que las llevaría hasta el cáncer. El hallazgo fue presentado durante la reunión anual de la Sociedad Americana de Biología Celular que se celebra en San Francisco.

«Si conseguimos fomentar esta nueva forma de división celular que nosotros llamamos klerokinesis -explica Mark Burkard, profesor de Hematología y Oncología de la Universidad de Wisconsin- podríamos ser capaces de prevenir el desarrollo de algunos tipos de cáncer».

Burkard estudió los tumores de pacientes de cáncer de mama, cuyas células tienen la particularidad de contener un número anormal de juegos completos de cromosomas, una condición llamada Poliploidía. En efecto, cerca del 14% de los cánceres de mama y el 35% de los cánceres de páncreas contienen tres o más juegos de cromosomas, en lugar de los dos que son habituales. Muchos otros tipos de tumor también tienen células con cromosomas defectuosos.

«Nuestro objetivo en el laboratorio -continúa Burkard- fue el de crear células defectuosas para desarrollar nuevas estrategias y tratamientos contra los cánceres de mama en los que hay demasiados juegos de cromosomas». Y fue durante este proceso cuando el investigador y su equipo se toparon con una inesperada y totalmente nueva forma de división celular.

Hasta ahora, la mayor parte de los biólogos aceptaban la hipótesis formulada hace ya más de un siglo por el alemán Theodor Boveri, según la que una división celular fallida lleva al nacimiento de células cuyos cromosomas son defectuosos. Esas células, al multiplicarse, son las que forman tumores y hacen que se desarrolle un cáncer. La hipótesis, aceptada por la inmensa mayoría de los científicos está, además, reforzada por una enorme acumulación de pruebas experimentales obtenidas a lo largo de muchas décadas.

La división celular está en la base de la capacidad de cualquier organismo complejo para crecer y desarrollarse a partir de un único huevo fertilizado y convertirse, a partir de él, en un individuo completamente formado. Más de un billón de «rondas» de división son necesarias para que este proceso se complete. En cada división, una única «célula madre» se divide en dos nuevas «clelulas hijas». Incluso en un individuo adulto y del todo desarrollado, muchos tipos de células siguen dividiéndose una y otra vez de forma rutinaria.

El mecanismo mediante el cual las células se «copian» a sí mismas se llama mitosis y compieza con una fase de síntesis durante la que se duplica cada uno de los componentes celulares, incluídos los cromosomas y el ADN que éstos contienen, dentro del núcleo. Después llega la cariocinesis, fase durante la que los dos juegos (original y copia) se separan físicamente, a un lado y a otro pero dentro aún de la misma célula. Al final, durante la citocinesis, la célula original se divide en dos células «hijas» completamente independientes, poniendo fin al proceso de mitosis.

Burkard y su equipo, como hemos visto, se dedicaban a fabricar células con varios juegos de cromosomas, para imitar en su laboratorio el desarrollo de un cáncer y estudiar así sus características. Para ello, los investigadores bloquearon la citoquinesis con un agente químico y esperaron a ver qué sucedía.

«Esperábamos encontrar un cierto número de células hijas con un número anormal de juegos de cromosomas», explica Burkard. Pero en lugar de eso, las células «hijas» resultantes del experimento fueron, en su inmensa mayoría, normales. En contra de la ya mencionada hipótesis de Boveri, la división celular defectuosa no dió lugar, en la mayoría de los casos, al nacimiento de nuevas células defectuosas.

Ante estos resultados inesperados, el equipo decidió centrarse en averiguar cómo las siguientes generaciones de células conseguían, contra todo pronóstico, recuperar la normalidad y tener el número correcto de cromosomas. Para ello decidieron obtener imágenes y vídeos de todo el proceso.

«Empezamos con dos núcleos en una misma célula -explica Burkard-. Y para nuestra enorme sorpresa, vimos a la célula estallar y convertirse en dos nuevas células sin pasar a través de la mitosis».

Cada una de las dos nuevas células heredó un núcleo intacto y completo, con un juego completo de cromosomas en su interior. La división ocurrió, inexplicablemente, durante una fase de crecimiento ralentizado en lugar de al final de la mitosis.

Los investigadores llevaron a cabo nuevos experimentos para estar completamente seguros de que la división que habían observado era de una clase totalmente diferente a la que se conocía hasta el momento. «Fue muy duro convencernos a nosotros mismos de lo que estábamos viendo, porque este tipo de división celular no figura en ningún libro de texto», afirma Burkard.

A base de repetir el experimento una y otra vez, los investigadores comprobaron que más del 90% de las células hijas lograban recuperar el número correcto de cromosomas. «Si conseguimos empujar a las células hacia este nueva forma de división, seremos capaces de obtener células normales a partir de otras defectuosas y reducir la incidencia del cáncer».

Burkard está convencido de que, en el transcurso de los millones de divisiones celulares que tienen lugar dentro de un organismo, el proceso de división falla en más de una ocasión. Y que esta nueva forma de dividirse es una especie de «garantía» o mecanismo de recuperación que permite a las células recobrarse y seguir creciendo normalmente.

Los científicos han llamado a esta nueva forma de división klerocinesis, para distinguirla de la citocinesis. «Klero» es un prefijo griego que significa «herencia», «legado». Un legado que podría contribuir a paliar los efectos de una enfermedad que sigue, a pesar de todos los esfuerzos, causando millones de víctimas en todo el mundo.

Descubren una «garantía» celular contra el cáncer – ABC.es.

Los lisosomas y la autofagia | Scitable

Por: Susana Castro-Obregón, Ph.D. (Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional Autónoma de México) ©2010 Nature Education 

¿Qué es lo que hacen las células cuando están «hambrientas»? Las células eucariotas hacen frente a condiciones de ayuno, comiendo sus propios componentes, un proceso llamado autofagia.

Normalmente, cuando usted tiene hambre busca algo de comer, pero ¿se has preguntado alguna vez lo que ocurre en el interior de sus células cuando no se dispone de alimentos? Por increíble que parezca, las células eucariotas han desarrollado una manera de resistir sin comer durante largos períodos de tiempo mediante la digestión de sus propios componentes. Cuando las condiciones de ayuno se prolongan, las células digieren parte de sus propios componentes citoplasmáticos para reciclar los metabolitos necesarios para sintetizar las moléculas esenciales. Por ejemplo, las células pueden digerir proteínas de larga vida para liberar aminoácidos. ¿Cómo ha evolucionado este proceso de auto-alimentación? ¿Cómo se controla por la célula? Hoy en día, la investigación sobre la autofagia es un campo cada vez con mayor prominencia debido a la que comprensión de los mecanismos básicos de la autofagia es la clave para entender cómo se mantienen las mismas células.

Lisosomas al ME

Actividad celular

El Metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren en las células (y en consecuencia, en los organismos vivos) que están implicadas en el crecimiento celular, la reproducción y el mantenimiento. El metabolismo es el equilibrio entre dos procesos antagónicos: anabolismo y catabolismo. Con el anabolismo se sintetizan moléculas y se construyen estructuras. En el otro lado del espectro, el catabolismo rompe las moléculas y las estructuras. La autofagia (una palabra griega que significa «auto-alimentación») es un proceso catabólico por el que las células eucariotas suministran componentes citoplasmáticos y orgánulos a los lisosomas para la digestión. Los lisosomas son orgánulos especializados que rompen las macromoléculas, permitiendo a la célula volver a utilizar esos materiales.

El descubrimiento de los lisosomas

En 1949, Christian de Duve, entonces presidente del Laboratorio de Química Fisiológica en la Universidad de Lovaina en Bélgica, realizó un estudio de cómo la insulina actúa sobre las células hepáticas. El quería determinar la ubicación dentro de las células de una enzima (un tipo de proteína implicada en las reacciones químicas) llamada glucosa-6-fosfatasa. Él y su grupo sabían que esta enzima jugaba un papel clave en la regulación de los niveles de azúcar en la sangre. Se obtuvieron extractos celulares mediante la mezcla de fragmentos de hígado de rata en agua destilada y centrifugando la mezcla a altas velocidades. Se observó una alta actividad de la fosfatasa en los extractos. Sin embargo, cuando trataron de purificar la enzima a partir de extractos celulares, tuvieron un inesperado problema: podían precipitar la enzima, pero no podían volver a disolverla.

En lugar de utilizar los extractos celulares, se decidió utilizar una técnica más suave que fraccionaba las células mediante centrifugación diferencial. Esta técnica separa los diferentes componentes de las células en base a sus tamaños y densidades. Los investigadores rompireon las células de hígado de rata y después fraccionaron las muestras en un medio de sacarosa utilizando la centrifugación. Tuvieron éxito en la detección de la actividad de la enzima en lo que se conoció como la fracción microsomal de la célula. Entonces la casualidad entró en escena.

Los científicos estaban utilizando una enzima llamada fosfatasa ácida como control para sus experimentos. Para su sorpresa, la actividad de la fosfatasa ácida después de la centrifugación diferencial fue de sólo un 10% de la actividad enzimática esperada (por ejemplo, la actividad que obtuvieron en sus experimentos anteriores utilizando extractos celulares). Un día, por casualidad, un científico purificó algunas fracciones celulares y luego las dejó en la nevera. Cinco días más tarde, después de volver a medir la actividad enzimática de las fracciones celulares, observó los niveles de actividad enzimática que estaban buscando! Para asegurarse de que no había error, se repitió el experimento varias veces. Cada vez los resultados fueron los mismos: si se mide la actividad enzimática utilizando muestras frescas, entonces la actividad era sólo un 10% de la actividad obtenida cuando se deja el resto de muestras durante cinco días en la nevera. ¿Cómo podrían explicar estos resultados?

Su hipótesis es que una barrera como una membrana limita la accesibilidad de la enzima a su substrato. Dejando el resto de muestras durante unos días en la nevera esto daba tiempo a las enzimas para difundirse. Ellos describieron la barrera de tipo membrana como una «estructura en forma de saco rodeado por una membrana y que contienen la fosfatasa ácida». Hacia 1955, otras hidrolasas adicionales (enzimas que rompen enlaces químicos) fueron descubiertas en estas estructuras de forma de saco, sugiriendo que eran un nuevo tipo de orgánulo con una función lítica (Bainton 1981). De Duve nombró a estos orgánulos nuevos «lisosomas» para reflejar su naturaleza lítica.

Ese mismo año, Alex Novikoff de la Universidad de Vermont visitó el laboratorio de Duve. Como microscopista experimentado, Novikoff fue capaz de obtener las primeras micrografías electrónicas del nuevo orgánulo a partir de muestras de lisosomas parcialmente purificadas. Usando un método de tinción de la fosfatasa ácida, de Duve y Novikoff confirmaron su ubicación en el lisosoma usando microscopía óptica y estudios de microscopía electrónica (Essner y Novikoff 1961).

Hoy en día, se sabe que los lisosomas contienen hidrolasas que son capaces de digerir todos los tipos de macromoléculas. Christian de Duve fue reconocido por su papel en el descubrimiento de los lisosomas cuando se le concedió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1974. El descubrimiento de los lisosomas dio lugar a muchas nuevas preguntas. La pregunta más importante era: ¿cuál era la función fisiológica de esta «bolsa» de enzimas?

La función de los lisosomas

Una de las pistas definitivas sobre la función de los lisosomas vino de la obra de Werner Strauss y su grupo. Strauss quería entender cómo algunas moléculas extracelulares entran en la célula, un proceso conocido como endocitosis. Marcó las proteínas y las siguió en su viaje a través de la célula. Se observó que los lisosomas descritos por De Duve contenían fragmentos de las proteínas marcadas, y llegó a la conclusión de que las proteínas se degradan en los lisosomas (Straus 1954) . En otra serie de experimentos, Zanvil Cohn alimentó macrófagos (un tipo de célula del sistema inmune) con bacterias radiomarcadas. Se observó que todos los tipos de moléculas radiomarcadas bacterianas (lípidos, aminoácidos e hidratos de carbono) se acumulaban en los lisosomas (Cohn 1963). Cohn concluyó que los lisosomas funcionaban como el sistema digestivo de las células «alimentándose» de compuestos que entran en la célula desde el exterior, así como de los compuestos de dentro de la célula. Por lo tanto, los lisosomas son comparables a las plantas de reciclaje, que se encargan de la eliminación de productos de desecho y la reutilización de los componentes.

La autofagia y lisosomas

En los años siguientes, los investigadores estudiaron diferentes tipos de células por medio de microscopios electrónicos y descubrieron una amplia variedad de vesículas. Algunas de las vesículas contenían material citoplasmático envuelto. ¿Qué hicieron estas vesículas? Marilyn Farquhar y sus colaboradores de la Universidad de California, San Francisco, fueron los primeros en sugerir que estas vesículas particulares eran anteriores a los lisosomas (Smith & Farquhar 1966).

Los Pre-lisosomas formados de novo en el citoplasma de una membrana en forma de copa se llaman phagophore. Los bordes del phagophore se expanden cada vez más hasta alcanzar su forma más esférica, encerrando las piezas engullidas de citoplasma con lo que pudiera encontrarse dentro, y dando lugar a una vesícula de doble membrana. Farquhar observó estas vesículas cerradas, que son conocidas como autofagosomas. Los autofagosomas toman las moléculas dañadas u orgánulos y llevan esa carga a los lisosomas. Cuando de Duve observó los autofagosomas, se dio cuenta de que las células podrían degradar sus propios componentes y nombró al proceso «autofagia» (Figura 1).

Figura 1: Representación esquemática de la formación de fagolisosomas
Durante la autofagia, el secuestro comienza con la formación de un phagophore que se expande en una autophagosome de doble membrana, mientras que rodea una parte del citoplasma. El autophagosome puede fusionarse con un endosoma (el producto de la endocitosis), que es una forma de heterophagy (Heterophagy se produce cuando la célula internaliza y se degrada el material que se origina fuera de la célula. En contraste, la autofagia ocurre cuando la célula consume parte de sí mismo) . El producto de la fusión endosoma-autophagosome se llama un amphisome. Los fusibles o completados autofagosoma amphisome con un lisosoma, que suministra hidrolasas ácidas. Las enzimas en el compartimento como resultado, un autolysosome, romper la membrana interna de la autophagosome y degradar la carga. Las macromoléculas resultantes se liberan y se recicla en el citosol.

La autofagia: un proceso de auto-digestión

Durante muchos años, los científicos sólo podían estudiar la autofagia mediante el examen de las células con microscopios electrónicos. Con esta herramienta, se estableció que después formar autofagosomas, se fusionan a la membrana lisosómica para formar una estructura conocida como autolisosoma (Figura 1). Luego, dependiendo de los estímulos que iniciaron el proceso de autofagia, la carga se degrada o se recicla.

En 1992, Yoshinori Ohsumi y sus colegas de la Universidad de Tokio descubrieron que la autofagia también se produce en la levadura. Usando un microscopio de luz, se dieron cuenta de que un par de horas después de que las levaduras mueran de hambre, la vacuola (que funciona como nuestros lisosomas) se llena con vesículas que contienen trozos de citoplasma. Estas vesículas se originan en el citoplasma y luego se fusionan con los lisosomas, exactamente como en las células animales y vegetales. Ser capaces de utilizar levaduras como modelo experimental abrió la puerta al estudio de la biología molecular de la maquinaria autofágica (y la identificación de las proteínas clave que participan en el proceso) (Takeshige et al. 1992).

Los lisosomas, autofagia | Cursos de Ciencias de Scitable.

Descubierto un componente que frena la metástasis | Sociedad | EL PAÍS

Células de un adenocarcinoma vaginal. / CDC

El cáncer, mejor que pase de largo. Y si esto es verdad en el macromundo, el de las personas, a nivel celular puede decirse lo mismo. Es la manera de evitar la metástasis, que causa el 90% de las muertes por tumores. El proceso es toda una colonización: células malignas salen de un cáncer, circulan y se asientan –anidan- en otro órgano.

Con este planteamiento caben dos opciones: evitar que salgan, o evitar que se asienten. Lo malo es que ambos procesos parecen regulados por el mismo factor. En lenguaje científico, la primera parte es lo que se llama transición epitelio-mesénquima (EMT en sus siglas en inglés); la segunda, transición mesénquimo-epitelial (MET). Esta variación de las características de movilidad de las células está asociada a un componente celular llamado Prrx1, según han descubierto investigadores del Instituto de Investigaciones Biomédicas Alberto Sols (centro mixto del CSIC y la Universidad Autónoma de Madrid), el Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge y la Fundación MD Anderson Internacional. Lo han publicado en Cancer cell.

La importancia de toda esta sopa de letras es que indica dónde actuar para evitar la metástasis, y eso es fundamental, ya que el 90% de las muertes por cáncer no se deben al tumor primario, sino a los secundarios, según indica el CSIC.

El problema, aparte de saber contra qué actuar (este factor de movilidad Prrx1), es saber cuándo hacerlo. Si se estimula al principio, se puede estar favoreciendo la metástasis. Si se hace después, cuando el tumor primario ha empezado a mandar sus colonos, se impediría, ya que al activar su movilidad se dificulta su implantación. Pero los investigadores lo tienen claro: “La estrategia terapéutica de bloquear la EMT para evitar la propagación de tumores sólo sería efectiva si se realiza antes de que las primeras células cancerígenas se desprendan del tumor primario, lo cual suele ocurrir en fases muy tempranas de la enfermedad y generalmente antes de haber obtenido el diagnóstico”, ha dicho Óscar Ocaña, investigador del Instituto de Neurociencias.

Por eso, parece que la opción es clara: apagar el Prrx1, porque es más fácil actuar cuando el tumor ya ha sido detectado y está en condiciones de propagarse, que pillarlo en las fases iniciales.

CDK | Cursos de Ciencias de Scitable

Los múltiples checkpoints (puntos de control) en el ciclo celular eucariótico aseguran que la división se produce sólo después de un crecimiento suficiente, una fiel replicación del ADN, y sólo cuando existen condiciones favorables. En cada punto de control, numerosas proteínas participan en una serie de reacciones bioquímicas cuidadosamente coordinadas. Esta complejidad permite una regulación precisa de todos los pasos del ciclo celular y es esencial para prevenir las devastadoras consecuencias que tendría una división celular mal realizada (Figura 1).

Figura 1: La secuencia de fases del ciclo celular eucariótico. Entre cada flecha, la célula pasa a través de un punto de control del ciclo celular particular.

¿Qué son las quinasas dependientes de la ciclina?

De las muchas proteínas implicadas en el control del ciclo celular, las quinasas dependientes de la ciclina (CDKs) están entre las más importantes. Las CDK son una familia de enzimas multifuncionales que pueden modificar diversos sustratos proteicos implicados en la progresión del ciclo celular. Específicamente, las CDK fosforilan sus sustratos mediante la transferencia de grupos fosfato desde el ATP a tramos específicos de aminoácidos de los sustratos. Los diferentes tipos de células eucariotas contienen diferentes tipos y números de CDK. Por ejemplo, la levadura tiene sólo una CDK, mientras que los vertebrados tienen cuatro diferentes.

Como su nombre indica, las CDK requieren la presencia de ciclinas para activarse. Las ciclinas son una familia de proteínas que no tienen actividad enzimática por sí mismas pero activan las CDK mediante su unión a ellas. Las CDK también deben estar en un estado de fosforilación particular – con algunos sitios fosforilados y otros desfosforilados – para que se produzca la activación. La fosforilación correcta depende de la acción de otras quinasas y una segunda clase de enzimas llamadas fosfatasas que son responsables de la eliminación de grupos fosfato de las proteínas.

¿Cómo controlan las CDKs el ciclo celular?

Todos los eucariotas tienen múltiples ciclinas múltiples, cada una de los cuales actúa durante una etapa específica del ciclo celular. (En los organismos con CDKs múltiples, cada CDK está emparejada con una ciclina específica.) Todas las ciclinas son nombradas de acuerdo a la etapa en que se reúnen con las CDK. Las clases más comunes de ciclinas incluyen ciclinas faseG₁, ciclinas G₁/S, ciclinas de faseS, y ciclinas de faseM. Las ciclinas de la faseM forman complejos de M-CDK y conducen la entrada de la célula a la mitosis; ciclinas G₁ forman complejos G₁-CDK y orientan a la célula a progresar a través de la fase G₁, y así sucesivamente. Todas las CDKs existen en cantidades similares a través de todo el ciclo celular. En contraste, la fabricación de ciclina y la descomposición varía según la etapa, y la progresión del ciclo celular depende de la síntesis de nuevas moléculas de ciclina. En consecuencia, las células sintetizan ciclinas G₁ y G₁/S en diferentes momentos durante la fase G₁, y producen moléculas de ciclina M durante la fase G₂ (Figura 2). 

Figura 2: Los modelos clásicos y mínimas de control del ciclo celular ¿Dónde y cuándo actuan las ciclinas en el ciclo celular? (A) células cíclicas someterse a tres principales transiciones durante su ciclo celular. El comienzo de la fase S está marcada por la aparición de la replicación del ADN, el inicio de la mitosis (M) es acompañado por la descomposición de la envoltura nuclear y la condensación de cromosomas, mientras que la segregación de las cromátidas hermanas marca la transición de metafase a anafase-. Quinasas dependientes de ciclina (CDKs) desencadenar la transición de G1 a la fase S y de G2 a la fase M mediante fosforilación de grupos distintos de sustratos. (B) CDK1 y CDK2 ciclinas se unen a múltiples tipos (ciclina A, B, D y E), mientras que CDK4 y CDK6 sólo asociadas ciclinas de tipo D. Las líneas gruesas representan el emparejamiento preferido para cada quinasa. (C) De acuerdo con el modelo clásico de control del ciclo celular, ciclinas de tipo D y CDK4 o CDK6 regular eventos en fase G1 temprana (no mostrado), la fase de ciclina E-CDK2 desencadenantes S, ciclina A-CDK2 y ciclina A-CDK1 regular la terminación de la fase S, y B-ciclina CDK1 es responsable de la mitosis. (D) Basándose en los resultados de ciclina y CDK-knockout estudios, los científicos han construido un modelo nuevo umbral de control del ciclo celular. En consecuencia, ya sea CDK1 o CDK2 obligado a ciclina A es suficiente para controlar la interfase, mientras que la ciclina B-CDK1 es esencial para tomar células en mitosis. Las diferencias entre la interfase y CDKs mitóticas no son necesariamente debido a la especificidad de sustrato, pero son más probablemente el resultado de localización diferente y un umbral más alto para la actividad de mitosis de la interfase.

Degradación de la ciclina es igualmente importante para la progresión a través del ciclo celular. Las enzimas descomponen las ciclinas específicas en momentos definidos en el ciclo celular. Cuando disminuyen los niveles de ciclina, las CDKs correspondientes se vuelven inactivas. Puede detenerse el ciclo celular si las ciclinas no se degradan.

¿Qué proteínas modifican las CDK?

Cada uno de los complejos CDK-ciclina en una célula modifica un grupo específico de sustratos de proteína. La fosforilación adecuada de estos sustratos debe ocurrir en determinados momentos para que el ciclo celular continúe. Debido a que los complejos de ciclina-CDK reconocen múltiples sustratos, deben ser capaces de coordinar los múltiples eventos que ocurren durante cada fase del ciclo celular. Por ejemplo, al comienzo de la fase S, la S-CDK cataliza la fosforilación de las proteínas que inician la replicación del ADN, permitiendo formar complejos de replicación de ADN. Más tarde, durante la mitosis, la M-CDK fosforila una amplia gama de proteínas. Esta incluye proteínas de condensina, que son esenciales para la extensa condensación de los cromosomas mitóticos, y proteínas de lámina, que forman una red de estabilización por debajo de la membrana nuclear que se disimula durante la mitosis.

La M-CDK también influye en el ensamblaje del huso mitótico por fosforilación de las proteínas que regulan el comportamiento de los microtúbulos. El efecto neto de estas reacciones de fosforilación coordinadas es la separación precisa de los cromosomas durante la mitosis.

Conclusión

El ciclo de una célula es una serie cuidadosamente regulada de eventos orquestada por un conjunto de enzimas y otras proteínas. Los principales componentes de la regulación del control del ciclo celular son las ciclinas y las CDKs. Dependiendo de la presencia y de la acción de estas proteínas, el ciclo celular puede ser rápido o lento, y puede incluso se detener del todo.

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Un paso hacia una prueba universal de cáncer por la sangre – ScienceNOW

Una prueba de cáncer de la sangre nueva busca cromosomas anormales, como los reordenamientos en estas células de cáncer de mama (de diferentes colores en el mismo cromosoma)

La gente por lo general se enteran de que tienen cáncer después de desarrollar los síntomas o por medio de una prueba de detección, tales como señales de mamografía-que pueden aparecer sólo después de que el cáncer ha crecido o se ha extendido tanto que ya no se puede curar. Pero ¿qué pasa si usted pudiera averiguar a través de una sencilla prueba de sangre de alta precisión que tiene un tumor incipiente? Al secuenciar el ADN anormal que libera un tumores en el torrente sanguíneo de una persona, los investigadores están ahora un paso más cerca de una prueba de cáncer universal. Aunque la técnica es ahora sólo lo suficientemente sensible para detectar un cáncer avanzado, esto podría ser una cuestión de dinero: Al secuenciar más los costes disminuyen, según los desarrolladores del métodor, y la prueba podría llegar a detectar tumores tempranos también.

El nuevo trabajo es parte de una ola de investigación que usa, bien células eliminadas en la sangre por tumores o bien ADN tumoral libremente flotando en la sangre, para seguir el crecimiento y propagación de los tumores y los tratamientos a medida. Los tests de ADN tumoral libres se basan generalmente en buscar alteraciones conocidas en los genes del cáncer para distinguir el ADN canceroso del ADN normal. Buscando una manera de detectar el ADN del tumor sin conocer su composición genética de antemano, el investigador postdoctoral Rebecca Leary y otros en los laboratorios de Victor Velculescu y Luis Díaz en la Johns Hopkins University School of Medicine en Baltimore, Maryland, y sus colaboradores de otras instituciones aprovecharon una observación que ellos y otros habían hecho: no importa el tipo de cáncer, las células tumorales, casi invariablemente, han modificado sustancialmente los cromosomas, tales como piezas intercambiadas y copias adicionales de ciertos genes. Esto sugiere que una prueba que pueda detectar cualquier anomalía cromosómicas en sangre de una persona podría servir como una prueba general para el cáncer.

Ahora, los investigadores han demostrado que su idea es prometedora. En primer lugar, aislaron el ADN libre en muestras de sangre de 10 personas con cáncer avanzado de colon o cáncer de mama. Luego, utilizaron métodos de secuenciación de ADN de última generación, que leen todo el genoma del ADN en la sangre. (El método era similar a una nueva prueba que puede detectar el síndrome de Down en un feto de la muestra de sangre de una mujer embarazada mediante la búsqueda de sólo una copia extra del cromosoma 21.) Los pacientes con cáncer todos tenían ADN con alteraciones cromosómicas en la sangre, mientras que ninguno de los 10 controles sanos dio positivo, de acuerdo con el informe del equipo publicado hoy en Science Translational Medicine.

«Hay múltiples usos de este enfoque», dice Velculescu. Su grupo inicialmente espera rastrear si el tumor de un paciente está respondiendo al tratamiento o vuelve a crecer después de la cirugía. La prueba también se podría utilizar para decidir qué fármaco debe recibir un paciente sin una biopsia del tumor, ya que en algunos pacientes el equipo de Hopkins ha detectado copias adicionales de los genes conocidos para conducir el cáncer, erbB2 y CDK6, que pueden ser elegidos como objetivos con los fármacos existentes.

La prueba no es barata ni rápida en este momento: cada una de las pruebas de los 10 pacientes del estudio costaron varios miles de dólares sólo para la secuenciación y duraron un mes, incluyendo el tiempo para el análisis. Y la detección temprana es todavía una posibilidad remota. La técnica ha de tamizar grandes cantidades de ADN de las células normales que también está flotando en la sangre para encontrar DNA asociados a tumores; secuencias de la parte de ADN en la sangre de los pacientes con cáncer que procedían de tumores es tan variable como de un 47,9% a un 1,4%. La prueba podría tener que trabajar en las muestras de sangre con menos del 0,1% del ADN del tumor para detectar tumores pequeños, curables, sugieren los investigadores. Pero eso es sólo una cuestión de hacer más secuencias, dice Velculescu. Y a medida que los costos de secuenciación siguen bajando «en un futuro muy cercano, esto podría llegar a ser muy barato», añade.

«El enfoque tiene una gran futuro y, si se abarata la estrategia de secuenciación, podría tener importantes aplicaciones en la detección temprana del cáncer», dice Daniel Haber, del Massachusetts General Hospital de Boston que trabaja con las células tumorales circulantes en la detección y seguimiento del cáncer.

Carlos Caldas del Cancer Research UK Cambridge Research Institute, que, como el grupo de Hopkins, está trabajando en la secuenciación de ADN libre de tumor en la sangre, dice que el nuevo estudio es la última demostración de «que el ADN circulante del tumor va a tener un gran futuro en todos aspectos de la gestión del cáncer …. Este es un campo a explotar. » Él piensa que estas pruebas podrían llegar a la clínica dentro de los pr´ximos 5 a 10 años.

Un paso hacia una prueba de cáncer de la sangre Universal – Science.

Los eucariotas y el Ciclo celular | Scitable

El ciclo de la vida celular, también llamado el ciclo celular, incluye muchos procesos necesarios para el éxito de la autorreplicación. Más allá de la realización de las tareas del metabolismo rutinario, la célula debe duplicar sus componentes – lo más importante, su genoma – para que físicamente pueda dividirse en dos células hijas completas. La célula también debe pasar a través de una serie de puestos de control que garanticen que las condiciones para la división ya son favorables.

¿Qué fases componen el ciclo de la célula eucariota?

En eucariotas, el ciclo celular consiste en cuatro fases discretas: G₁, S, G₂ y M. La S o fase de síntesis es cuando se produce la replicación del ADN, y la M o la fase de mitosis es cuando la célula se divide. Las otras dos fases, G₁ y G₂, las denominadas fases gap, son menos espectaculares pero igualmente importantes. Durante la G₁, la célula lleva a cabo una serie de comprobaciones antes de entrar en la fase S. Más tarde, durante la G₂, la célula de manera similar comprueba su disposición para proceder a la mitosis.

En conjunto, las fases G_1, S y G₂ constituyen el período conocido como la interfase. Las células suelen pasar mucho más tiempo en la interfase que lo hacen en la mitosis. De las cuatro fases, G₁ es más variable en términos de duración, aunque a menudo es la porción más larga del ciclo celular (Figura 1).

Figura 1: El ciclo celular eucariótico

¿Cómo las células monitorean su progreso a través del Ciclo Celular?

Con el fin de pasar de una fase de su ciclo de vida a la siguiente, una célula debe pasar a través de numerosos puntos de control. En cada punto de control, algunas proteínas especializadas determinan si existen las condiciones necesarias. Si es así, la célula es libre de entrar en la siguiente fase. Si no, la progresión a través del ciclo celular se detiene. Los errores en estos puestos de control pueden tener consecuencias catastróficas, incluyendo la muerte celular o el crecimiento ilimitado que es el cáncer.

Cada parte del ciclo celular cuenta con unos puntos de control únicos. Por ejemplo, durante G₁, la célula pasa a través de un punto de control crítico que garantiza que las condiciones ambientales (incluyendo señales de otras células) son favorables para la replicación. Si las condiciones no son favorables, la célula puede entrar en un estado de reposo conocido como G₀. Algunas células permanecen en G₀ por toda la vida del organismo en el cual residen. Por ejemplo, las neuronas y las células de músculo esquelético de mamíferos están típicamente en G₀.

Otro punto de control importante tiene lugar más tarde en el ciclo celular, justo antes de que una célula pase de G₂ a la mitosis. Aquí, un número de proteínas escrutan el ADN de la célula, asegurándose de que está estructuralmente intacto y que se replica correctamente. La célula puede hacer una pausa en este punto para darse tiempo a la reparación del ADN, si fuera necesario.

Sin embargo, otro punto de control del ciclo celular crítico tiene lugar a mediados de la mitosis. Esta comprobación determina si los cromosomas de la célula se han montado correctamente en el huso, o red de microtúbulos que les separan durante la división celular. Este paso reduce la posibilidad de que las células hijas resultantes tendrán un número de cromosomas desiguales, una condición llamada aneuploidía.

¿Cómo estudian los científicos el ciclo celular?

El ciclo celular y su sistema de puestos de control mostrará una fuerte conservación evolutiva. Como resultado, todos los eucariotas, desde una sola célula de levadura a complejos vertebrados multicelulares, pasan a través de las mismas cuatro fases y los mismos puntos de control clave. Esta universalidad del ciclo celular y sus puestos de control permite a los científicos utilizar organismos modelo relativamente simples para aprender más acerca de la división celular en las células eucariotas de todo tipo, incluidos los humanos. De hecho, dos de los tres científicos que recibieron el Premio Nobel para la investigación del ciclo celular utilizaron la levadura como objeto de sus investigaciones.

Conclusión

El ciclo celular eucariótico incluye cuatro fases necesarias para el crecimiento y la división. Cuando una célula pasa a través de cada fase, también pasa a través de varios puntos de control. Estos puntos de control garantizan que la mitosis se produce sólo cuando las condiciones ambientales son favorables y el genoma celular se ha reproducido con exactitud. En suma, este conjunto de controles de división ayuda a prevenir el desequilibrio cromosómico en las células hijas recién producidas.

Los eucariotas, ciclo celular | aprender ciencias en Scitable.

Mitosis | Scitable

La mitosis es el proceso en el que un núcleo de la célula eucariota se divide en dos, seguido por la división de la célula madre en dos células hijas. La palabra «mitosis» significa «hilos», y se refiere a la apariencia filiforme de cromosomas que tiene la célula cuando se prepara para dividirse.

Los primeros microscopistas fueron los primeros en observar estas estructuras, y también se observó la aparición de una red especializada de los microtúbulos durante la mitosis. Estos túbulos, conocidos colectivamente como el huso, se extienden desde estructuras denominadasn centrosomas – con un centriolo situado en cada uno de los extremos opuestos, o postes, de una célula. A medida que progresa la mitosis, los microtúbulos se unen a los cromosomas, que ya han duplicado su ADN y están alineados en el centro de la célula. Los túbulos de huso entonces se acortan y se mueven hacia los polos de la célula. Mientras se mueven, tiran de una única copia de cada cromosoma con ellos a los polos opuestos de la célula. Este proceso asegura que cada célula hija contiene una copia exacta del ADN de la célula madre.

¿Cuáles son las fases de la mitosis?

La mitosis consta de cinco fases morfológicamente distintas: profase, prometafase, metafase, anafase y telofase. Cada fase implica pasos característicos en el proceso de alineación de los cromosomas y su separación. Una vez que se ha completado la mitosis, la célula entera se divide en dos por medio de un proceso llamado citocinesis (Figura 1).

Figura 1: Dibujo de cromosomas durante la mitosis por Walther Flemming, circa 1880. Esta ilustración es una de más de un centenar de dibujos de Flemming «sustancia celular, el núcleo y la división celular.» Flemming observado repetidamente las diferentes formas de cromosomas previos y durante la citocinesis, la última división de una célula en dos durante la última etapa de la mitosis.

¿Qué sucede durante la Profase?

La Profase es la primera fase de la mitosis, que ocurre después de la conclusión de la porción G₂ de la interfase. Durante la profase, los cromosomas celulares de los padres – que se duplicaron durante la fase S – se condensan y convierten en miles de veces más compactos de lo que eran durante la interfase. Debido a que cada cromosoma duplicado se compone de dos cromátidas hermanas idénticas unidas por un punto llamado el centrómero, estas estructuras aparecen ahora como cuerpos en forma de X cuando se observan bajo un microscopio. Varias proteínas que unen ADN catalizan el proceso de condensación, incluso la cohesina y condensina. La cohesina forma anillos que sujetan las cromátidas hermanas juntas, mientras que la condensina forma anillos que enrollan los cromosomas en formas muy compactas.

El huso mitótico también comienza a desarrollarse durante la profase. Como los dos centrosomas de la célula se mueven hacia polos opuestos, los microtúbulos gradualmente se ensamblan entre ellos, formando la red que posteriormente  separa los cromosomas duplicados.

¿Qué sucede durante la Prometafase?

Cuando se completa la profase, la célula entra en la prometafase, la segunda etapa de la mitosis. Durante prometafase, la fosforilación de las láminas nucleares por parte de M-CDK hace que la membrana nuclear se descomponga en numerosas vesículas pequeñas. Como resultado, los microtúbulos del huso ahora tienen acceso directo al material genético de la célula.

Cada microtúbulo es muy dinámico, creciendo hacia el exterior desde el centrosoma y yendo hacia atrás mientras trata de localizar un cromosoma. Eventualmente, los microtúbulos encuentran sus objetivos y se conectan a cada cromosoma en su cinetócoro, un complejo de proteínas posicionado en el centrómero. El número real de los microtúbulos que se fijan a un cinetocoro varía entre las especies, pero al menos uno de microtúbulos a partir de cada polo se une al cinetocoro de cada cromosoma. Un gran remolcador aparece entonces mientras que los cromosomas se mueven hacia atrás y adelante hacia los dos polos.

¿Qué sucede durante la metafase y anafase?

Mientras termina prometafase y comienza la metafase, los cromosomas se alinean a lo largo del ecuador celular. Cada cromosoma tiene al menos dos microtúbulos que se extienden desde su cinetócoro, con al menos un microtúbulo conectado a cada polo. En este punto, la tensión dentro de la célula se equilibra y los cromosomas ya no se mueven hacia atrás y adelante. Además, el huso se ha completado, y tres grupos de microtúbulos del huso son evidentes: los microtúbulos del cinetocoro adjuntan los cromosomas al polo del huso; los microtúbulos interpolares se extienden desde el polo del huso a través del ecuador, casi al polo opuesto del huso, y los microtúbulos astrales se extienden desde el polo del huso a la membrana celular.

La Metafase conduce a la anafase, durante la cual cada cromátida hermana se separa y se mueve a polos opuestos de la célula. La descomposición enzimática de la cohesina, que unía las cromátidas hermanas durante la profase juntas, hace que ocurra esta separación. Tras la separación, cada cromátida se convierte en un cromosoma independiente. Mientras tanto, los cambios en la longitud de los microtúbulos proporcionan el mecanismo para el movimiento de cromosomas.

Más específicamente, en la primera parte de la anafase, a veces llamada anafase A, los microtúbulos del cinetocoro se acortan y extraen los cromosomas hacia los polos del huso. Luego, en la segunda parte de la anafase, a veces llamado anafase B, los microtúbulos astrales que están anclados en la membrana celular tiran de los polos más separados y la cremallera de microtúbulos interpolares se deslizan unos sobre otros, ejerciendo una tracción adicional sobre los cromosomas (Figura 2).

Figura 2: Tipos de microtúbulos involucrados en la mitosis. Durante la mitosis, varios tipos de microtúbulos están activos. Las proteínas motoras asociadas a los microtúbulos interpolares accionar el conjunto del eje. Tenga en cuenta los otros tipos de microtúbulos que participan en el anclaje del polo del huso y tirando de las cromátidas hermanas.

¿Qué sucede durante la Telofase?

Durante la telofase, los cromosomas llegan a los polos de la célula, el huso mitótico se desmonta, y las vesículas que contienen fragmentos de la membrana nuclear original se ensamblan alrededor de los dos conjuntos de cromosomas. Las Fosfatasas entonces desfosforilan las láminas en cada extremo de la célula. Esta desfosforilación da como resultado la formación de una nueva membrana nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas.

¿Cuándo se dividen las células en realidad?

La citocinesis es el proceso físico que finalmente divide la célula madre en dos células hijas idénticas. Durante la citocinesis, la membrana celular del ecuador de la célula se pellizca formando una hendidura llamada el surco de segmentación. La posición del surco depende de la posición de los microtúbulos astrales y interpolares durante la anafase.

El surco de división se forma por la acción de un anillo contráctil de superposición de filamentos de actina y miosina. Como los filamentos de actina y miosina se mueven unos sobre otros, el anillo contráctil se hace más pequeño, como tirar de un cordón en la parte superior de una bolsa. Cuando el anillo alcanza su punto más pequeño, el surco de división divide completamente a la célula en su centro, lo que da como resultado dos células hijas separadas de igual tamaño.

Mitosis | aprender ciencias en Scitable.

Descubierto un mecanismo que protege las células de agresiones ambientales

Los investigadores Eulàlia de Nadal, Francesc Posas y Alba Duch, en un laboratorio de la UPF LV / Xavier Cervera

El hallazgo, realizado por biólogos de la Universitat Pompeu Fabra, abre la vía a buscar nuevos tratamientos contra el cáncer

Investigadores de la Universitat Pompeu Fabra (UPF) han descubierto cómo las células se protegen ante agresiones ambientales. Cuando tienen que enfrentarse a una situación de estrés celular –por ejemplo, ante los compuestos tóxicos del tabaco o la radiación ultravioleta del sol– adoptan una estrategia de tortuga: entran en modo de stand-by y dejan de multiplicarse a la espera de que pase el peligro.

Un fallo en este mecanismo puede favorecer la acumulación de mutaciones en el ADN y hacer que células sanas se conviertan en cancerosas. A la inversa, estimular este mecanismo que frena la multiplicación de las células podría abrir la vía a desarrollar en el futuro nuevos fármacos contra el cáncer, destacan los investigadores.

“Hemos descubierto un mecanismo biológico que hasta ahora era desconocido para frenar la división de las células”, destaca Francesc Posas, director de la investigación. La Fundación Marcelino Botín, que ha contribuido a financiar el trabajo, colabora con el equipo de Posas para que esta línea de investigación fructifique en productos de interés económico y en avances útiles para los pacientes.

La investigación parte de una paradoja que intrigó a los biólogos de la UPF. El equipo de Posas se ha especializado en estudiar cómo las células detectan y responden a cambios en su entorno. Investigaciones anteriores habían demostrado que, en situaciones de estrés celular, cientos de genes se activan para producir proteínas que defiendan a la célula. Pero ¿qué ocurrirá si las agresiones ambientales llegan en un momento en que la célula se está dividiendo?, se preguntaron los biólogos de la UPF. Si la célula se divide, pensaron, el ADN estará ocupado copiándose a sí mismo y no estará por la labor de fabricar proteínas defensivas. ¿Cómo resuelven las células este conflicto?

Según los resultados presentados en la revista científica Nature, la clave está en una proteína llamada Hog1 que se activa en situaciones de estrés celular. En experimentos realizados con células de levadura, los investigadores han demostrado que la proteína Hog1 interactúa con otra proteína, llamada Mrc1, que regula la multiplicación de las células; y que, cuando esto ocurre, la Mrc1 actúa como un semáforo que se pone rojo y que frena el proceso de copia del ADN. De este modo, la célula puede producir sus proteínas de defensa sin entrar en conflicto con la copia del ADN.

Este resultado, sostiene Posas, es extrapolable a las células humanas ya que los mecanismos biológicos de copia del ADN y de respuesta al estrés son los mismos en células humanas y en las de levaduras. “Muchos de los avances que se han hecho en la investigación del cáncer –recuerda– han sido posibles gracias a los estudios originales en levaduras”.

Descubierto un mecanismo que protege las células de agresiones ambientales.

Centrosoma, centriolos – Wikipedia

El citocentro o centrosoma es un orgánulo celular que no está rodeado por una membrana; consiste en dos centriolos apareados, embebidos en un conjunto de agregados proteicos que los rodean y que se denomina “material pericentriolar” (PCM en inglés, por pericentriolar material). Su función primaria consiste en la nucleación y el abordo de los microtúbulos (MTs), por lo que de forma genérica estas estructuras (conjuntamente con los cuerpos polares del huso en levaduras) se denominan centros organizadores de MTs (COMTs, en inglés MTOCs por microtubule organizing center). Alrededor de los centrosomas se dispone radialmente un conjunto de microtúbulos formando un áster. Los centrosomas tienen un papel fundamental en el establecimiento de la red de MTs en interfase y del huso mitótico. Durante la interfase del ciclo celular, los MTs determinan la forma celular, la polaridad y la motilidad, mientras que durante la mitosis, forman el huso mitótico, necesario para la segregación de los cromosomas entre las dos células hijas.

Por ello, el único centrosoma que existe durante G1 en interfase (formado por dos centriolos y el material pericentriolar que los rodea) debe duplicarse (aunque obligatoriamente sólo una vez). Como consecuencia, durante G2 la célula posee dos centrosomas, cada uno de ellos con dos centriolos estrechamente unidos. Estos dos centrosomas se separan durante las primeras etapas de la mitosis y se disponen en los polos opuestos de la célula, facilitando así el ensamblaje de un huso mitótico bipolar.

Las plantas superiores y los ovocitos de la mayor parte de las células animales carecen de centrosomas; en estos casos, el huso bipolar se forma por mecanismos alternativos, independientes de los centrosomas.

Los centriolos son pequeñas estructuras en forma de barril, que están relacionadas estructuralmente (y pueden inter-convertirse) con los cuerpos basales, que por su parte son esenciales para la formación de cilios y flagelos. Envertebrados, los centriolos se componen de nueve tripletes de MTs, mientras que en Drosophila y en C. elegans casi siempre presentan MTs en doblete o unitarios, respectivamente. El material pericentriolar que rodea los centriolos tiene un aspecto fibroso y, en un centrosoma humano, contiene más de 100 proteínas diferentes. Entre ellas se encuentran proteínas necesarias para la nucleación de los MTs (como la tubulina-γ) y otras proteínas asociadas, algunas de ellas conservadas en los cuerpos polares de los hongos (los equivalentes funcionales del centrosoma en este grupo). Otras proteínas no están tan bien conservadas, pero muchas presentan dominios coiled-coil lo que indica que tienen probablemente una función estructural, sobre todo para capturar proteínas reguladoras del ciclo celular.

En la mayor parte de las especies animales, el espermatozoide contribuye a la formación del embrión aportando un juego de cromosomas y, según las especies, uno o dos centriolos, que se combinan con proteínas presentes en el ovocito para reconstituir un centrosoma funcional. Una vez formado el primer centrosoma en el embrión, este orgánulo debe duplicarse y segregarse en cada ciclo celular de manera sincrónica con el genoma.

Historia

Aunque fue visualizado en primer lugar por Walther Flemming en el mejillón de agua dulce en 1875, así como por Edouard Van Beneden y A. Neyt quienes observaron el «corpúsculo central» en el interior de los áster en embriones del nematodo parásito Parascaris equorum, el centrosoma fue descrito por vez primera por Theodor Boveri en el mismo organismo en 1887, quien lo definió como un «orgánulo especializado en la división celular». Boveri identificó claramente el centrosoma como un par de centriolos rodeados por un material especial, capaz de ensamblar una «esfera de arquiplasma» que contiene todos esos elementos, que a su vez generan de forma transitoria una «astrosfera». En 1990, Boveri estableció que los centrosomas son orgánulos celulares de una única copia. A través de su observación de la dinámica de los cromosomas (que identificó como constituidos de 2 cromátidas), llegó a la conclusión de que un huso mitótico bipolar típico consiste en realidad de dos medios husos, cada uno generado por un centrosoma, que se mantienen unidos por el conjunto de los cromosomas dobles unidos en el extremo de cada áster, de tal manera que cada cromosoma está unido a ambos polos, y sólo a uno por cromátida. Por tanto, dedujo que durante la formación de la placa metafásica, existen fuerzas cromosómicas que parecen contrarrestar la repulsión existente entre los áster. Asimismo, Boveri describió correctamente el ciclo del centrosoma.

El ciclo del centrosoma

Las etapas fundamentales del ciclo del centrosoma están resumidas de forma esquemática en la figura de la izquierda. En una célula en división (fase M), en cada extremo del huso mitótico se encuentra un centrosoma, compuesto por dos centriolos posicionados ortogonalmente (en un ángulo de 90°). De esta forma, al final de la mitosis cada célula hija recibirá 1 centrosoma con 2 centriolos. Al final de la fase M, los 2 centriolos se separan en un proceso denominado «desacoplamiento» (o «desorientación»). Según un modelo reciente, el desacoplamiento de los centriolos es un evento necesario para permitir la duplicación subsiguiente, que contribuye a asegurar que los centriolos se dupliquen sólo una vez en cada ciclo celular. También se piensa que el desacoplamiento permite el establecimiento de una conexión proteinácea que mantendrá unidos los 2 futuros centriolos «padres» estrechamente unidos en el siguiente ciclo celular. En las células animales, la iniciación de la replicación del ADN y la duplicación del centrosoma están acopladas al menos parcialmente por la activación específica en G1 de la ciclina dependiente de kinasa 2 (CDK2)-ciclina E, pues los centriolos (como el ADN) se duplican durante la fase S del ciclo celular. Durante este proceso clave del ciclo del centrosoma, al lado de cada centriolo «padre» se forma exactamente 1 procentriolo. Los 2 nuevos procentriolos continuan elongándose después, de manera que en G2 el centrosoma está formado por dos pares de centriolos. Hasta este momento, los dos pares de centriolos funcionan como un único MTOC, lo que indica que están conectados de forma estructural. En la transición G2/M, la conexión entre los 2 centriolos «padres» se escinde, y los dos nuevos centrosomas se separan mediante la acción de proteínas motoras dependientes de microtúbulos. Al mismo tiempo, tiene lugar un proceso denominado «maduración» de los centrosomas, que resulta en la incorporación de nuevos complejos γ-TuRC (véase tubulina-γ) y permite un aumento de la actividad de nucleación de microtúbulos. Después de la formación del huso mitótico, los 2 centrosomas se asocian con los 2 polos del huso, segregándose con las dos futuras células hijas y completando así el ciclo del centrosoma.

Durante el ciclo celular, los mecanismos que aseguran la replicación del ADN y la correcta segregación de los cromosomas son fundamentalmente post-traduccionales: fosforilación y proteólisis (véase también regulación de la progresión del ciclo celular). Como era de esperar, estos mecanismos también ejercen una función fundamental en el ciclo del centrosoma, de manera que contribuyen a la coordinación de éste con el ciclo de los cromosomas. En concreto, la fosforilación de la proteína Retinoblastoma (pRb) es un evento crítico en dicha coordinación. Otras proteínas implicadas en la regulación del ciclo del centrosoma, además de pRb y cdk2/ciclina-E (mencionadas anteriormente) son Plk4 (también denominada Sak), y algunas otras kinasas que se encuentran desreguladas en tumores, como Plk1, Aurora-A y Nek2.

Por su parte, la proteolisis tiene lugar al final de la mitosis, cuando se rompe la estrecha asociación existente entre los 2 centriolos en cada polo del huso. Algunos estudios indican que la proteasa responsable de este proceso es la Separasa, una enzima que fue identificada originalmente por su función en la separación de cromátidas hermanas (véase también disolución de la cohesión).

Funciones

Sus funciones están relacionadas con la motilidad celular y con la organización del citoesqueleto. Durante la división celular los centrosomas se dirigen a polos opuestos de la célula, organizando el huso acromático (o mitótico). En el periodo de anafase los microtúbulos del áster estiran la célula y contribuyen a la separación de los cromosomas a cromátidas y a la división del citoplasma. Las neuronas maduras no tienen centrosoma, `por lo cual no se multiplican.

Alteraciones de los centrosomas en células cancerosas

El hecho de que los centrosomas se encuentren frecuentemente alterados en las células cancerosas fue una observación temprana realizada por el descubridor de este orgánulo, Theodor Boveri, a finales del siglo XIX. Esta observación inicial se ha extendido posteriormente a muchos tipos de tumores humanos. Las alteraciones de los centrosomas pueden ser de dos tipos, estructurales o numéricas, aunque ambas pueden encontrarse simultáneamente.

Aberraciones estructurales

Normalmente aparecen debido a la expresión descontrolada de componentes del centrosoma, o bien por modificaciones post-traduccionales (como fosforilaciones, por ejemplo) inadecuadas de dichos componentes. Estas variaciones pueden provocar variaciones en el tamaño de los centrosomas (a menudo centrosomas mayores de lo normal, debido a una acumulación excesiva de material pericentriolar). Además, debido a la propensión de las proteínas centrosómicas a formar agregados, a menudo se observan «cuerpos relacionados con el centrosoma» (en inglés, CRBs por centrosome-related bodies) en sitios ectópicos. Tanto los centrosomas agrandados como los CRBs son similares a las estructuras observadas en tumores, y pueden inducirse en células en cultivo mediante la sobre-expresión de determinadas proteínas centrosómicas, como CNap-1 o Nlp. Aunque estas estructuras pueden parecen similares entre sí, estudios detallados revelan que pueden presentar propiedades muy diferentes, en función de su composición proteica. Por ejemplo, su capacidad de incorporar complejos γ-TuRC (véase tubulina-γ) puede variar mucho, y consecuentemente su capacidad de nucleación de microtúbulos puede ser también muy variable, afectando de manera diferente la forma, polaridad y motilidad de las células tumorales implicadas.

Centrosoma – Wikipedia, la enciclopedia libre.

ScienceShot: Protein Makes Sperm Flee – ScienceNOW

Vamos a empezar a ver algunos recortes de prensa en inglés, para que practiquéis. A veces las revistas como Science tienen una serie de noticias breves (news) a las cuales os podéis subscribir gratuitamente, y estar al día de los últimos acontecimientos científicos. No todo os interesará pero de todas alguna seguro que os gustará. Es una buena manera de comenzar a practicar con revistas científicas generalistas. Vamos a intentarlo, y lo comentamos en clase!

A compound that causes immature sperm cells to flee the testes early may provide new leads for contraceptives. Scientists pursuing a «male pill» have recently found multiple ways to disrupt sperm production, usually by shutting down genes and proteins unique to the testes. Now, a team led by C. Yan Cheng of the Population Council’s Center for Biomedical Research in New York City has identified a new way to stop spermatogenesis: disrupting the blood-testis barrier, a cellular firewall between the testes and blood circulation. When Cheng’s team injected a special protein fragment into rat testes, the blood-testis barrier broke down. This caused immature sperm to drift out of the testes early, before they were capable of fertilizing eggs. More importantly, these changes were reversible. The team reported their findings online today in Nature Communications. Any potential male contraceptive would be many years off and would require many more tests. Cheng’s team, for instance, has not tested whether rats injected with this protein fragment father fewer offspring. But Cheng says the advantage of this protein over other potential contraceptives is that the body produces it naturally in small amounts, so it’s likely to be well tolerated. 

Protein Makes Sperm Flee – ScienceNOW

La mielina | Scitable

La vaina de mielina: forma, tamaño y composición

Figura 1: Estructura de la fibra nerviosa mielínica
(A) Imagen de fibras nerviosas mielinizadas y conducción relativa al salto del potencial de acción. Se muestra un ejemplo de PNS mielinizadas fibras nerviosas. (B) Imagen de la sección transversal del axón mielinizadas en el entrenodo. (C) La luz de microscopía de un nervio ciático de ratón con un menor aumento. Tinción con azul de toluidina. La mielina se tiñe de azul. El tracto del nervio está lleno de estructuras en forma de anillo, lo que indica una sección transversal de las fibras nerviosas mielinizadas. (D) Microscopía electrónica de un axón mielinizado en un nervio de ratón a un aumento mayor. El axón está rodeado por una estructura multilaminar de mielina. (E) fibra nerviosa mielinizada reproducido in vitro por cocultivo de neuronas ganglionares de la raíz dorsal (rata) y células de Schwann. Segmentos de mielina están teñidas de rojo por un anticuerpo a la proteína básica de mielina, una molécula expresada específicamente en la mielina. Los nodos de Ranvier (flechas) se tiñen de verde por un anticuerpo uniendose a molécula nodal beta-IV espectrina.

¿Qué es exactamente la mielina? La mielina es una estructura membranosa laminada que rodea concéntricamente los axones mediante lamelas (o protuberancias celulares) que se repiten radialmente con períodos de aproximadamente 12 nanometros (Waxman, Kocsis y Stys 1995; Sherman y Brophy 2005). La lámina de mielina está formada por la fusión de las láminas internas de la membrana plasmática yuxtapuestas en células gliales, sin intervenir el citoplasma (Figura 1B).

Dependiendo de la localización, los diferentes tipos de células gliales producen mielina de una manera distinta. Las células de Schwann producen mielina en el sistema nervioso periférico (SNP: los nervios) y los oligodendrocitos en el sistema nervioso central (SNC: cerebro y médula espinal). En el SNP, una célula de Schwann forma una sola vaina de mielina (Figura 1A). Por el contrario, en el SNC, los oligodendrocitos generan procesos celulares que mandan mielinizar múltiples segmentos en muchos axones (Figura 2). Aunque hay varias diferencias moleculares y morfológicas entre las fibras nerviosas en el PNS y el CNS, la disposición básica de la vaina de mielina y las características electrofisiológicas son esencialmente las mismas.

¿Están todos los axones cubiertos de mielina? No, ya que pueden ser tanto mielinicos como amielínicos. Los axones mielinizados están envainado a lo largo de toda su longitud. El calibre del axón (diámetro) del SNP de mamíferos va desde  0,1 a 20 micras, con axones no mielinizadas inferiores a 2 micras y axones mielinizados mayores de 1-2 micras de diámetro. En el SNC, casi todos los axones con diámetros mayores de 0,2 micras están mielinizados. En sección transversal, el axón mielinizado aparece como un perfil casi circular rodeado por una vaina enrollada en espiral multilaminada (Figura 1C y D). Sorprendentemente, un axón mielinizado grande puede tener hasta 250 a 300 vueltas de envoltura de mielina alrededor de ella. La relación entre el diámetro del axón y la de la fibra nerviosa total (axón y mielina) es 0.6-0.7, una proporción que se mantiene independientemente del calibre del axón. La longitud de la vaina de mielina a lo largo del axón es de aproximadamente 1 mm en el SNP. Entre dos segmentos adyacentes de mielina, hay lagunas (vacíos) aproximadamente de 1 micra llamados nodos de Ranvier (Figura 1A y E). En los nodos, el axón se expone al espacio extracelular.

Figura 2: El destino de los axones de mielina
Se ilustra el caso en el SNC. Después de desmielinización, un axón desmielinizado tiene dos posibles destinos. La respuesta normal a la desmielinización, al menos en la mayoría de los modelos experimentales, es la remielinización espontánea que implique la generación de nuevos oligodendrocitos. En algunas circunstancias, la remielinización falla, dejando los axones e incluso toda la neurona vulnerables a la degeneración.

La señalización axonal regula la mielinización

¿Cómo se genera de forma tan exacta la envoltura en espiral de la vaina de mielina alrededor de los axones? Un mecanismo ha sido identificado en la mielinización del SNP. En el SNP, la proteína neuregulina 1 tipo III se expresa en la superficie del axón e interactúa con los receptores ErbB gliales, y tiene un papel fundamental en la diferenciación de las células de Schwann y su mielinización (para una revisión, ver Nave & Salzer 2006). Las neuronas no mielinizadas del sistema autónomo expresan niveles bajos de neuregulina 1 tipo III sobre la superficie del axón, mientras que los axones fuertemente mielinizados expresan altos niveles.

Sin neuregulina 1 tipo III, las células de Schwann en cultivo derivadas de ratones mutantes en ésta no pueden mielinizar neuronas en la médula espinal (neuronas ganglionares de la raíz dorsal). Expresión Curiosamente, en fibras no mielinizadas normalmente, forzada de neuregulina III 1 tipo en las fibras postganglionares de las neuronas simpáticas cultivadas en un cultivo puede ser obligado a mielinizar.Así, el nivel de neuregulina III 1 Tipo de axones en el SNP es una señal clave instructivo para la mielinización. Además, por encima del umbral, la formación de la mielina se correlaciona con la cantidad de neuregulina III 1 tipo presentado por el axón de la célula de Schwann. La reducción de expresión de neuregulina III 1 tipo conduce a una más delgada que la vaina de mielina normal en losheterocigotos ratones mutantes de esta molécula . En contraste, los ratones transgénicos que sobreexpresan neuregulina 1 se convierten en hypermyelinated.

Una pregunta interesante es ¿la neuregulina-ErbB de señalización regula la mielinización del SNC también? Aunque varios trabajos muestran que los oligodendrocitos responden a la neuregulina 1 in vitro, el análisis de una serie de condicionales animales nulos mutantes que carecen de neuregulina 1 mostró mielinización normal (Brinkmann et al. 2008). Todavía no está claro cómo se regula la mielinización en el SNC.

La mielina facilita la transmisión de impulsos rápidos a lo largo de los axones

¿Cómo mejorar la velocidad de mielina de acción potencial de propagación? Se aísla el axón y el montaje de la estructura molecular especializado en los nodos de Ranvier. En axones mielinizados, el potencial de acción se desplaza continuamente a lo largo de los axones. Por ejemplo, en las fibras C sin mielina que conducen el dolor o la temperatura (0,4-1,2 micras de diámetro), la velocidad de conducción a lo largo del axón es 0.5-2.0 m / s (más rápido que caminar o trotar).

Por el contrario, entre las fibras nerviosas mielinizadas, los axones son en su mayoría cubierto por vainas de mielina, y las corrientes transmembrana sólo puede ocurrir en los nodos de Ranvier donde se expone la membrana axonal. La mielina es rica en lípidos (aproximadamente 80%) y por lo tanto puede actuar como un aislante (es decir, alta resistencia transversal y una capacitancia eléctrica de baja) a lo largo de los segmentos internodales. Por ejemplo, la velocidad de conducción en los axones mielinizados más a fondo (12-20 micras de diámetro) es 70-120 m / s ( carrera de velocidad del vehículo), aunque otros factores, tales como calibre axón puede influir en esta velocidad.

En los nodos, voltaje canales de sodio son altamente acumulado y son responsables de la generación de potenciales de acción. Para inducir y mantener nodales grupos de canales de sodio, moléculas específicas también son enriquecidos en axones nodales, incluyendo moléculas de adhesión celular tales como Neurofascin 186 y las proteínas del citoesqueleto y de soporte, como por BIV espectrina (Poliak y Peles 2003; Susuki y Rasband 2008). La mielina ayuda a armar esta organización nodal molecular. Por ejemplo, durante el desarrollo de PNS fibras nerviosas mielinizadas, una molécula llamada gliomedin es secretada por células de Schwann mielinizantes luego incorporado en la extracelular matriz circundante nodos, en la que promueve ensamblaje de moléculas nodales axonales. Debido a la presencia de la vaina de mielina aislante en entrenudos y voltaje canales de sodio en los nodos, el potencial de acción en fibras nerviosas mielinizadas saltos de un nodo a otro. Este modo de viajar por el potencial de acción se denomina «conducción saltatoria» y permite la propagación del impulso rápido (Figura 1A).

References and Recommended Reading

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Brinkmann, B. G. et al. Neuregulin-1/ErbB signaling serves distinct functions in myelination of the peripheral and central nervous system.Neuron 59, 581–595 (2008).

Franklin, R. J. & ffrench-Constant, C. Remyelination in the CNS: From biology to therapy. Nature Reviews Neuroscience 9, 839–855 (2008).

Nave, K. A. & Salzer, J. L. Axonal regulation of myelination by neuregulin 1. Current Opinion in Neurobiology 16, 492–500 (2006).

Poliak, S. & Peles, E. The local differentiation of myelinated axons at nodes of Ranvier. Nature Reviews Neuroscience 4, 968–980 (2003).

Sherman, D. L. & Brophy, P. J. Mechanisms of axon ensheathment and myelin growth. Nature Reviews Neuroscience 6, 683–690 (2005).

Siffrin, V. et al. Multiple sclerosis — candidate mechanisms underlying CNS atrophy. Trends in Neurosciences 33, 202–210 (2010).

Susuki, K. & Rasband, M. N. Molecular mechanisms of node of Ranvier formation. Current Opinion in Cell Biology 20, 616–623 (2008).

Waxman, S. G., Kocsis, J. D. & Stys, P. K., eds. The Axon: Structure, Function and Pathophysiology. New York: Oxford University Press, 1995.

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Crean una «medusa de ADN» para captar células tumorales – ABC.es

La «medusa» microscópica captura con sus «tentáculos» las células tumorales. SUMAN BOSE AND CHONG SHEN

Es capaz de desplazarse por el torrente sanguíneo de enfermos de leucemia y capturar con sus tentáculos las células malignas

Un grupo de investigadores norteamericanos ha diseñado una especie de «medusa» microscópica capaz de desplazarse por el torrente sanguíneo de enfermos de leucemia y capturar con sus tentáculos las células tumorales que se desplazan a través de él. Una labor hasta ahora demasiado larga y farragosa y que no resultaba práctica para su aplición en pacientes. El estudio se publica esta semana en la revista Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos.

Encontrar células tumorales en el torrente sanguíneo ha sido y es, hasta ahora, como buscar una aguja en un pajar. Y ello a pesar de que estascélulas malignas errantes, llamadas CTCs (del ingles Circulating Tumor Cells) pueden aportar una gran cantidad de información sobre la naturaleza de un tumor y, en especial, sobre sus puntos débiles, es decir, sobre la forma en que éste responde a los diferentes tratamientos.

Claro que para estudiar esas células, lo primero que hay que hacer es capturarlas y aislarlas de la multitud de otras células que se pueden encontrar en una muestra de sangre cualquiera. Una tarea extremadamente difícil y que, tradicionalmente, se enfrenta a enormes limitaciones.

Por un lado, en efecto, las técnicas utilizadas hasta ahora, basadas en el uso de microfluídos, requieren demasiado tiempo de análisis, incluso para muestras de sangre pequeñas. Y por otro (y quizá más importante) no existe una manera eficaz de extraer esas células cancerosas para analizarlas tras su captura.

Pero las tribulaciones de los investigadores del cáncer con las CTCs podrían haber llegado a su fin gracias al trabajo de un grupo de científicos del Brigham and Women’s Hospital, en Boston, y el MIT (Instituto Tecnológico de Massachussets) que, inspirándose en la forma de una medusa, han recubierto una estructura de microfliuídos con una serie de largas hebras de ADN capaces de apresar una clase específica de proteína que se encuentra en la superficie de las células tumorales de leucemia que circulan por el torrente sanguíneo.

Terapias personalizadas

Utilizando su invento, los científicos del MIT han conseguido multiplicar por diez la velocidad actual de detección de estas células en la sangre. Lo cual, en la práctica, resulta suficiente (por primera vez) para aplicarlo de forma práctica en pacientes que sufran la enfermedad. De esta forma, los médicos podrán, a partir de ahora, determinar si sus enfermos de cáncer están respondiendo, o no, a un tratamiento determinado.

«Si tienes un test rápido que pueda decirte si hay mayor o menor cantidad de estas células en la sangre a medida que pasa el tiempo, eso ayudará a monitorizar la progresión tanto de la terapia como de la enfermedad», explica Jeff Karp, del Center for Regenerative Therapeutics at Brigham and Women’s Hospital en Boston y uno de los autores del trabajo, junto a un grupo de ingenieros del MIT.

Esta clase de dispositivo también podría utilizarse para llevar a cabo tratamientos personalizados, uno de los actuales objetivos de la lucha contra el cáncer. Y es que dos seres humanos diferentes, pero con un mismo tumor, pueden evolucionar de formas completamente distintas. Por eso, gracias a este eficaz método de captura de CTCs, los médicos podrán probar, «sobre la marcha» varios cócteles de fármacos y determinar cuál de ellos será más eficaz.

Más células capturadas

El número de CTCs presentes en un solo mililitro de la sangre de un paciente puede oscilar entre unos pocos y varios centenares. Hasta ahora, para aislar este escaso número de células del resto, los investigadores han intentado construir «canales de microfluídos», dotados de anticuerpos específicos para una proteína presente en las células que se pretende capturar. Sin embargo, y debido al hecho de que esos anticuerpos apenas se extienden unas decenas de nanómetros (milmillonésimas de metro), la captura de estas células errantes resulta desesperantemente lenta.

Pero ahí es precisamente donde entran en juego los filamentos de ADN inspirados en los tentáculos de una medusa. Al ser mucho más largos (hasta varios centenares de micras, o millonésimas de metro), logran capturar muchas más células que los convencionales. Los tentáculos están unidos a un canal de microfluídos en forma de espiga, lo que causa que la sangre forme pequeños remolinos a lo largo de la estructura y entre en contacto con ellos.

Al estar hechos de ADN, los tentáculos pueden además llevar «enganchadas» diferentes clases de enzimas, gracias a las que pueden «capturar» a las células tumorales por el simple método de «engancharlas» por sus proteínas.

En la actualidad, los científicos trabajan ya en el siguiente paso de su creación y pronto lograrán que sus fibras de ADN sean capaces no solo de capturar células de leucemia, sino de otras clases de tumores.

Crean una «medusa de ADN» para captar células tumorales – ABC.es.

El Cilio primario: un orgánulo dual

¿Qué es un cilio primario? Aprender cómo este orgánulo puede ser a la vez un órgano receptor y uno de transporte

Los flagelos y cilios Eucariotas han sido reconocidos como orgánulos implicados en la motilidad, y tanto su estructura como su función han sido estudiados en detalle. Casi todos los cilios y flagelos móviles (secundarios) tienen la misma estructura interna y tienen esencialmente la misma función. Considerando que los flagelos son generalmente pocos en número (<5) y relativamente largos, los cilios son generalmente escasos y están presentes en gran cantidad (> 100) en una célula. La estructura se basa en una disposición de los microtúbulos «9 + 2»  en las que hay nueve pares de microtúbulos en todo el perímetro, con dos microtúbulos individuales que forman el par central. Adjunto a estos microtúbulos hay una variedad de estructuras tales como los brazos interior y exterior y los radiales (Figura 1).

Figura 1: primario (no móvil) los cilios de las células epiteliales renales y los cilios de conexión de los fotorreceptores retinianos son estructuras homólogas.
En el cilio primario (a) de las células epiteliales renales (b), las proteínas de carga son objeto de tráfico a lo largo de los rieles de microtúbulos de la pila aparato de Golgi a la punta del cilio usando el motor proteína kinesin II y hacia abajo utilizando el 1b dineína citoplásmica (no muestra) (c). De una manera análoga, aproximadamente 109 moléculas de la visual rodopsina pigmento se transfieren hacia arriba y hacia abajo los cilios de conexión en la retina humana cada día. Transporte IFT, intraflagellar. Los paneles A y C se modifican, con autorización, de la Sociedad Americana de Nefrología y Rockefeller University Press, en el orden correspondiente.

La función de los cilios es mover el agua con respecto a la célula con un movimiento regular. De este proceso puede resultar que la célula se mueva a través del agua, típico para muchos organismos unicelulares, o el agua en movimiento y su contenido a través de la superficie de la célula. Un ejemplo de esto último existe en las células epiteliales de la línea del tracto respiratorio humano, donde los cilios constantemente mueven el moco de los pulmones a la parte superior de la garganta; otro movimiento existe en las trompas de Falopio, donde los cilios mueven los óvulos por el tubo hacia el útero. Los científicos han sabido desde hace tiempo que los defectos en la motilidad ciliar conducen a trastornos específicos en los seres humanos, tales como la esterilidad en el caso del esperma con cilios defectuosos o una condición llamada situs inversus en el que los cilios embrionarios defectuosos hacen que órganos internos como el corazón terminen en el lado equivocado del cuerpo.

El cilio primario

Durante mucho tiempo, casi toda la atención estaba en los cilios inmóviles, porque su función es observable fácilmente. Pero los científicos, empezando por Alexander Kowalevsky había informado de la presencia de cilios únicos (no móviles) en una variedad de células de vertebrados (Kowalevsky 1867). Estos cilios solitarios y aparentemente no funcionales están mucho más extendidos que el tipo  móvil. Por ejemplo, en los seres humanos, sólo unos pocos tipos de células tienen cilios móviles,  tales como espermatozoides, células epiteliales de los bronquios y los oviductos, y células ependimales que bordean los hemisferios cerebrales. Pero prácticamente todas las otras células tienen un cilio primario. Del mismo modo, durante muchos años se supuso generalmente que el filum Nematoda, que comprende los gusanos redondos, carecía por completo de cilios o flagelos. Ahora se sabe que contienen cilios primarios, aunque sólo en las neuronas sensoriales.

¿Que hace de los cilios primarios diferentes de las formas móviles? En primer lugar, no tienen el par central de microtúbulos, lo que explicaría la falta de motilidad; formas mutantes en otros organismos, tales como Chlamydomonas, que carecen de la pareja central generalmente están paralizados (Adams et al. 1981). En los cilios primarios también parece que falta dineína, uno de los motores moleculares necesarios para la motilidad (Schliwa 2003). Además, algunos cilios primarios no se proyectan más allá de la superficie de la célula, y la mayoría, pero no todos, son muy cortos.

¿Qué significado tienen estos orgánulos si no se pega fuera de la célula, o se muevens? Muchos científicos pensaron que podría ser simplemente un vestigio del órgano, sin ningún papel real, mientras que otros pensaron que podría ser un lugar para «aparcar» centríolos cuando la célula no se divide. Sin embargo, incluso otros señalaron que los cilios primarios parecía aparecer en lugares clave que participan en la audición, la vista, y otro tipo de información sensorial. En la década de 1990, los científicos empezaron a mirar a los cilios primarios con creciente interés, pero el origen de este interés surgió a partir de un candidato inesperado.

Chlamydomonas y Transporte intraflagellar

Llegados a este punto, la historia tomó un giro extraño. Como sucede a menudo en la ciencia, el trabajo en un campo aparentemente sin relación proporcionó una información clave que cambió la forma de pensar acerca de ello. El alga verde Chlamydomonas ha sido un organismo muy popular para estudiar la estructura y función de los flagelos desde la mitad del siglo XX. Con los años, decenas de científicos habían utilizado Chlamydomonas a aprender mucho sobre la estructura y función de los flagelos (Luck 1984; Silflow y Lefebvre 2001), pero se sabía mucho menos acerca de cómo se ensamblaban. En 1993, el descubrimiento del sistema de transporte intraflagellar (IFT), un sistema de transporte intracelular que tanto construye y mantiene los cilios como los flagelos, comenzó a dar respuesta a este problema (Kozminsky et al . 1993). Una rama de este descubrimiento de IFT fue la observación clave que una de las proteínas implicadas en la función IFT era la misma que pareciá estar involucrada en una enfermedad llamada enfermedad poliquística del riñón (PKD) en ratones (Pazour et al. 2000). Las células que recubren la nefrona de los riñones tienen cilios primarios, y los ratones que tienen este trastorno son incapaces de reunir los cilios correctamente debido a sus proteínas defectuosas. PKD, que es el trastorno genético más frecuente de los riñones en seres humanos (Wilson 2004), se convirtió en el primero de una serie de enfermedades que son ahora reconocidas como defectos en el funcionamiento de los cilios primarios. Los cilios primarios (Figura 2).

Figura 2: Diagrama de la estructura ciliar
El orgánulo es unido a la membrana y contiene los microtúbulos múltiples que se ejecutan a lo largo de su longitud. Considerando que los cilios primarios tienen una estructura adicional relativamente pequeña, cilios móviles tienen tanto un doblete central de microtúbulos, así como interior y brazos externos de dineína y radios radiales, que son todos necesarios para la motilidad.

Los cilios como receptores sensoriales

Si los cilios primarios no puede moverse, ¿qué hacen? Los defectos en los cilios primarios pueden causar enfermedades, lo que sugiere que tienen un papel activo que desempeñar, pero ¿cuál es este papel? El examen cuidadoso de las células del túbulo renal mostró que los cilios primarios se curvan cuando se exponen al líquido en movimiento (como sería el caso de los riñones trabajando). Las células que fueron expuestas a un flujo de líquido mostraron una respuesta muy específica (Figura 3).

igura 3: El efecto del flujo de fluido en la captación de calcio en las células normales del riñón y PKD
Los cilios primaria en las células normales responden a la señal mecánica producida por el líquido que fluye para iniciar una rápida absorción de calcio. PKD células que carecen de cilios primarios, no muestran respuesta a fluir.

Los resultados fueron interpretados como que los cilios primaria normales estaban actuando como sensores llamados mecanorreceptores, en respuesta al flujo por la apertura de canales de calcio y permitiendo una rápida afluencia de iones de calcio en las células. ¿Si cilios primaria puede actuar como un tipo de receptor, puede que también actúan como otros tipos? Sí, absolutamente. Además de actuar como mecanorreceptores, hay ejemplos de los cilios primarios que se utilizan para detectar productos químicos, la luz, la osmolaridad, la temperatura, y la gravedad (Satir, Pedersen, y Christensen 2010). Si cilios primarios son frecuentemente una variedad de receptores, no sería ninguna sorpresa que también estuvieran involucrados en la señalización. Además de en la transducción simple de señales, ahora también se considera que tiene un papel importante en una variedad de procesos, incluyendo el desarrollo e incluso algunos tipos de memoria. Einsteinet al. (2010) han demostrado que la presencia de un receptor de somatostatina en los cilios primarios de ratones (SST₃) se requiere para aprender a reconocer objetos nuevos o para recuperar los más familiares.

Primaria Cilium | aprender ciencias en Scitable.

Los microtúbulos, filamentos | Scitable Nature.com

El citoesqueleto es una estructura que ayuda a las células mantener su forma y organización interna, y también proporciona soporte mecánico que permite a las células llevar a cabo funciones esenciales como la división y movimiento. No hay un solo componente citoesquelético. Más bien, diferentes componentes trabajan juntos para formar el citoesqueleto.

¿De qué está hecho el citoesqueleto?

El citoesqueleto de las células eucariotas está compuesto de proteínas filamentosas, y proporciona soporte mecánico a la célula y sus componentes citoplasmáticos. Todos los citoesqueletos consisten en tres clases principales de elementos que difieren en tamaño y en composición de proteínas. Los microtúbulos son el principal tipo de filamento, con un diámetro de aproximadamente 25 nanómetros (nm), y que se componen de una proteína llamada tubulina . Los filamentos de actina son el tipo más pequeño, con un diámetro de sólo aproximadamente 6 nm, y están hechos de una proteína llamada actina. Los filamentos intermedios, como su nombre indica, son de tamaño medio, con un diámetro de aproximadamente 10 nm. A diferencia de los filamentos de actina y los microtúbulos, los filamentos intermedios se construyen a partir de un número diferente de subunidades de proteína.

¿Qué hacen los microtúbulos?

La Tubulina contiene dos subunidades polipeptídicas, y dímeros de estas subunidades se encadenan juntos para hacer largas cadenas llamadas protofilamentos. Trece protofilamentos luego se unen para formar filamentos de microtúbulos en forma de paja hueca. Los microtúbulos son siempre cambiantes, con reacciones que añaden y restan constantemente dímeros de tubulina en ambos extremos del filamento (Figura 1). Las tasas de cambio en cualquiera de los extremos no son equilibradas -un extremo crece más rápidamente y se denomina el extremo más, mientras que el otro extremo se conoce como el extremo menos. En las células, los extremos de los microtúbulos menos están anclados a estructuras llamadas centros de organización de microtúbulos (COMT). El MTOC primario en una célula se llama centrosoma, y por lo general se encuentra adyacente al núcleo.

Figura 1: Los microtúbulos: Los fundamentos
Los microtúbulos son los principales componentes del citoesqueleto. Se encuentran en todas las células eucariotas, y que están involucrados en la mitosis, la motilidad celular, el transporte intracelular y el mantenimiento de la forma celular. Los microtúbulos están compuestos de alfa-y beta tubulina-subunidades ensambladas en protofilamentos lineales. Un microtúbulos solo contiene 10 a 15 protofilamentos (13 en células de mamífero) que enrollan entre sí para formar un cilindro hueco 24 nm de ancho. Los microtúbulos son estructuras que pueden crecer rápidamente (a través de la polimerización) o reducir (a través de la despolimerización) de tamaño, dependiendo del número de moléculas de tubulina que contienen.

Los microtúbulos tienden a crecer hacia fuera desde el centrosoma a la membrana plasmática. En las células que no se dividen, los microtúbulos irradian hacia fuera de las redes del centrosoma para proporcionar la organización básica del citoplasma, incluyendo el posicionamiento de los orgánulos.

¿Qué hacen los filamentos de actina?

La proteína actina es abundante en todas las células eucariotas. Fue descubierta por primera vez en el músculo esquelético, donde a lo largo de los filamentos de actina se deslizan filamentos de otra proteína llamada miosina para hacer la contracción celular. (En las células no musculares, los filamentos de actina son menos organizados y la miosina es mucho menos prominente.) Los filamentos de actina se componen de proteínas de actina idénticas dispuestos en una cadena larga espiral. Como los microtúbulos, los filamentos de actina tienen extremos positivos y negativos, con más crecimiento ATP-activado en el extremo del filamento + (Figura 2).

Figura 2: Las neuronas tienen complejas estructuras del citoesqueleto.
(A, B) Las neuronas son células eucariotas que se extienden largos procesos para formar conexiones en el sistema nervioso. Al igual que otras células eucariotas, las neuronas tienen un citoesqueleto que consta de tres polímeros principales: microtúbulos (verde), filamentos intermedios (púrpura) y los filamentos de actina (rojo). Los microtúbulos emanan del axón, y filamento de actina forman redes en forma de hoja estructuras y salientes filopodial en el borde de ataque. Barra de escala, a 20 m. (C) El axón neuronal es un largo membrana extensión limitada, en la que los neurofilamentos (una clase de filamento intermedio en las neuronas) forman una matriz estructural que incorpora microtúbulos, que los materiales de transporte desde el cuerpo celular a los terminales de los axones en la sinapsis. (D) El cono de crecimiento contiene dendríticas redes de filamentos de actina y paralelo de filamentos de actina filopodios. (E) Los microtúbulos consisten de 13 protofilamentos de dímeros de tubulina dispuestos en un tubo hueco. (F) neurofilamentos tienen brazos flexibles de polímero que repelen neurofilamentos vecinos y determinar el radio del axón. (G) Los filamentos de actina se organizan en redes. Estas redes pueden tener muchas arquitecturas, incluyendo las estructuras ramificadas representadas aquí, que están formados por el complejo Arp2 / 3 (azul). Los diámetros de los microtúbulos, filamentos intermedios, y los filamentos de actina están dentro de un factor de tres de cada otro; los diagramas en E, F, y G se extraen aproximadamente a escala. Sin embargo, las flexibilidades relativas de estos polímeros difieren notablemente, como se indica por sus longitudes de persistencia: de menos a más flexible, microtúbulos (5.000 m), filamentos de actina (13,5 micras) y filamentos intermedios (0,5 micras).

En muchos tipos de células, las redes de filamentos de actina se encuentran debajo de la corteza celular, que es la malla de proteínas asociadas a la membrana que soporta y refuerza la membrana plasmática. Estas redes permiten a las células mantener – y moverse – formas especializadas, como el borde en cepillo de las microvellosidades intestinales. Los filamentos de actina también están implicados en la citocinesis y movimiento de las células (Figura 3).

Figura 3: Los filamentos de actina compatible con una variedad de estructuras en una célula.

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Tejidos vegetales – Atlas de Histología Vegetal y Animal

Del Atlas de Histología Vegetal y Animal cuyo link colgué en el blog hace algunos días os pongo algunas microfotografías para que veáis que NO TODAS se parecen a las de vuestros textos.

Acostumbraos a ver características de cada tejido y comprobad si se repiten, para empezar. Suerte, no es difícil!

Las vacuolas vegetales y la regulación de la apertura de estomas (I) | Scitable

Figura 1: Las vacuolas de las células vegetales. Proteínas vacuolares se sintetizan y se procesan en el retículo endoplásmico (ER), y se transfieren a vacuolas a través de diversas rutas, por ejemplo, directamente, a través de aparato de Golgi (G), o por medio de un compartimento prevacuolar (PVC). Delgadas provacuolas se forman por brotes y fusión de vesículas procedentes de la red trans del Golgi. Con la progresión de la expansión celular, provacuolas gradualmente se fusionan unas con otras y forman una vacuola prominente más grande. © 2004 Nature Publishing Group Brandizzi, F. & Hawes, C. Un largo y sinuoso camino. EMBO reports 5, 245-249 (2004)

Por: Zhong Ma, Ph.D. (Biología Dept., Truman State University) © 2010 Nature Education  Cita:  Ma, Z.  (2010). Vacuolas vegetales y Regulación de apertura de los estomas,  Nature

¿Cómo respiran las plantas a través de los estomas? Unos elementos reguladores clave de estomas son las vacuolas de las plantas, orgánulos llenos de líquido unidos por una sola membrana llamada tonoplasto.

Abstract

Las vacuolas de las plantas son orgánulos ubicuos que son esenciales para múltiples aspectos de crecimiento de las plantas, su mantenimiento y el desarrollo. Su papel clave en los movimientos de los estomas resalta su importancia en el intercambio de gases para las plantas. Los científicos están desarrollando activamente los mecanismos exactos que controlan la fusión vacuolar, que soporta los movimientos de los estomas, así como otras funciones celulares de las plantas. Además de su papel en el control del intercambio gaseoso fotosintético, las vacuolas también albergan compuestos que pueden ayudar a proteger fotosistemas en los cloroplastos de los daños causados ​​por el exceso de luz. Las vacuolas son compartimentos importantes en el metabolismo de las células vegetales.

Una vacuola intacta es necesaria para las funciones de muchas plantas. Los científicos están trabajando para identificar y caracterizar un grupo grande y diverso de los transportadores de membrana en el tonoplasto. Se preguntan: ¿Cuál es su estructura molecular? ¿Qué es lo que hacen?¿Cómo podrían estar relacionados? Entender las respuestas a estas preguntas es importante, ya que muestran cómo las vacuolas son un componente integral de las complejas redes celulares. Con los datos mencionados, las vacuolas son cruciales para las células vegetales, ya que permiten los mecanismos de intercambio de gases que optimizan las condiciones metabólicas en el citosol, y permiten que una planta para reaccionar a las condiciones ambientales cambiantes.

Artículo (I)

Al igual que los animales, las plantas respiran. El intercambio de gases dentro y fuera de una hoja de la planta se produce en el envés de las hojas, y el proceso se regula con precisión. ¿Cuáles son los gases que se intercambian en la superficie de las hojas? El proceso bioquímico para la producción de energía principal en las plantas es la fotosíntesis, un proceso que, iniciado por la energía del sol, convierte CO ₂ y el agua en moléculas de energía (carbohidratos) para la planta y evacúa O ₂ a la atmósfera. En este proceso, las hojas toman CO ₂ de la atmósfera y liberan O ₂ de nuevo al aire. ¿Cómo realizan las plantas estas actividades de intercambio de gases entre las células de las hojas y el medio ambiente al aire libre? Los científicos descubrieron que un orgánulo singular, la vacuola, juega un papel crítico en la regulación de la entrega de CO ₂ para la realización de fotosíntesis en los cloroplastos.

Las vacuolas de plantas son orgánulos llenos de líquido rodeados por una membrana única llamada tonoplasto, y contienen una amplia gama de iones inorgánicos y moléculas. Los científicos han identificado al menos dos tipos de vacuolas en las plantas. Los dos tipos principales son las vacuolas de almacenamiento de proteínas de pH neutro, y las vacuolas líticas de pH ácido, que son equivalentes en su función a los lisosomas en las células de los mamíferos (Figura 1).

Los cambios en el tamaño de las vacuolas están correlacionados con los movimientos estomáticos

Durante la fotosíntesis, las hojas toman en la atmósfera CO ₂ y la liberan de O ₂ a través de los estomas, poros microscópicos  de la epidermis foliar (singular = stoma). Un par de células de guarda u oclusivas rodea cada estoma, y estas células controlan la apertura y el cierre del poro estomático entre ellas. Las células oclusivas o guarda regulan esta apertura y cierre en respuesta a una amplia variedad de señales ambientales, tales como ritmos día /noche, disponibilidad de CO ₂ y la temperatura. ¿Por qué las plantas gastan energía en la apertura y cierre de estos estomas, cuando podrían dejarlos permanentemente abiertos, y dejan que el CO ₂ fluya libremente? La razón principal es que los estomas también regulan el paso de moléculas de agua. Si los estomas estuvieran constantemente abiertos, las plantas perderían demasiada agua por la evaporación de la superficie de la hoja, un proceso llamado transpiración.

Una característica especial de células de guarda es que pueden aumentar o disminuir su volumen, cambiando así su forma. Esta es la base para la apertura y cierre de un estoma, conocido como movimiento estomático, que controla el intercambio de gases necesario para la fotosíntesis y limita la pérdida de agua. ¿Cómo las células guardianas cambian su volumen para controlar la apertura y el cierre? Lo hacen mediante el cambio de la presión osmótica de las vacuolas, que pueden ganar o perder agua, y por lo tanto aumentar o disminuir su tamaño. Tales cambios en el volumen vacuolar son bastante rápidos y espectaculares. Esto puede ser problemático, ya que, a diferencia de un globo en rápida expansión, las membranas biológicas son más limitadas en su elasticidad y no permiten un estiramiento excesivo. ¿Cómo entonces el tonoplasto aumenta su superficie de modo que la vacuola se pueda expandir rápidamente (Fig. 2)? Los científicos todavía saben muy poco acerca de este proceso dinámico, y están buscando activamente un mecanismo que posiblemente ofrece repuestos (almacenes) de membrana para la tonoplasto para dar cabida a un cambio de volumen rápido.

Figura 2: La expresión de la proteína verde fluorescente (GFP) fusionada con una proteína tonoplasto AtCLCa, que muestra el límite de tonoplasto.El límite de tonoplasto en protoplastos se etiqueta en verde. Izquierda, con sistemas de escaneo Imagen de microscopía confocal de fluorescencia de GFP, centro, imagen transmitida microscopía de luz, imagen derecha, resultante de la fusión de imágenes de la izquierda y el centro. Las barras de escala = 16 micras.

Leer el artículo originar de Nature Planta vacuola, estomas | aprender ciencias en Scitable.

Adhesión y comunicación celular | Aprender ciencias en Scitable

Todas las células se basan en la señalización celular para detectar y responder a las señales de su entorno. Este proceso no sólo promueve el buen funcionamiento de las células individuales, sino que también permite la comunicación y coordinación entre los grupos de células, incluyendo las células que componen las comunidades organizadas llamadas tejidos. Debido a la señalización célular, los tejidos tienen la capacidad de llevar a cabo tareas que una sola célula no podría lograr por sí sola.

Los diferentes tipos de tejidos, tales como huesos, cerebro, y el revestimiento del intestino, tienen características relacionadas con el número y los tipos de células que contienen. El espacio intercelular (matriz) es también crítico para la función del tejido, por lo que esta geometría está regulada con precisión. Para conservar la arquitectura del tejido adecuadamente, las moléculas adhesivas ayudan a mantener el contacto entre las células y estructuras cercanas, y las uniones diminutas tipo túnel permiten el paso de iones y pequeñas moléculas entre las células adyacentes.

Mientras tanto, las moléculas de señalización transmiten información de posición entre las células de un tejido, así como entre estas células y la matriz extracelular. Estas vías de señalización son críticas para mantener el estado de equilibrio que se conoce como homeostasis dentro de un tejido. Por ejemplo, los procesos implicados en la cicatrización de heridas dependen de la información posicional a fin de que la arquitectura del tejido normal a ser restaurado. Tales señales posicionales son también cruciales para el desarrollo de las estructuras adultas en los organismos multicelulares. En el desarrollo de ciertos tejidos, algunos grupos de células desorganizadas crecen y se ordenan a si mismas de acuerdo con las señales que envían y reciben.

¿Cómo promueven las integrinas la estructura tisular y su función?

Dentro de los tejidos, hay moléculas adhesivas que permiten a las células mantener contacto entre sí y con las estructuras de la matriz extracelular. Una clase especialmente importante de moléculas adhesivas son las integrinas. Las integrinas son algo más que enlaces mecánicos sólo: también transmiten señales tanto hacia fuera como hacia las células. De esta manera, las integrinas juegan un papel importante en la detección del medio ambiente y el control de la forma celular y la motilidad.

Las integrinas son una familia diversa de proteínas transmembrana que se encuentran en todas las células animales. Incluso los animales simples, como las esponjas tienen estas proteínas. Cada integrina individual consta de dos partes principales: una subunidad alfa y una subunidad beta. Existe una gran variación entre las subunidades alfa y beta por la gran variedad de integrinas observados en todo el reino animal. Por ejemplo, los seres humanos por sí solos tienen más de 20 tipos diferentes de integrinas.

Las integrinas vinculan el citoesqueleto de actina de una célula a varias estructuras externas. La porción citoplásmica de cada molécula de integrina se une a proteínas adaptadoras que se conectan a los filamentos de actina dentro de la célula. La parte extracelular de la integrina se une a moléculas de la matriz extracelular o a la superficie de otras células. Los anclajes de integrinas a las células vecinas pueden romperse y reformarse a medida que una célula crece (Figura 1).

Figura 1: La integrina conecta la matriz extracelular con el citoesqueleto de actina en la célula.

¿De qué otra manera se mantienen en contacto las células dentro de un tejido?

Más allá de las integrinas, las células dependen de varias proteínas adhesivas para mantener el contacto físico. Como ejemplo, consideremos las células epiteliales que revisten las superficies interior y exterior del cuerpo humano incluyendo la piel, los intestinos, las vías respiratorias y el tracto reproductivo. Estas células proporcionan un ejemplo dramático de los diferentes tipos de uniones célula a célula, pero estas uniones también existen en una amplia variedad de otros tejidos.

Las superficies laterales de las células epiteliales están estrechamente relacionadas con las de las células vecinas, formando una lámina que actúa como una barrera. Dentro de esta hoja, cada célula individual tiene una orientación de conjunto. A través de las integrinas, el extremo basal de cada celda se conecta a una capa especializada de matriz extracelular llamada la lámina basal . En contraste, el extremo apical de cada célula se enfrenta al exterior como la cavidad interior o lumen del intestino.

Las uniones lado a lado, que unen las células epiteliales, son variadas en su composición y función. Las proteínas transmembrana adhesivas de anclaje de estas uniones tienen porciones extracelulares que interactúan con proteínas similares en las células adyacentes. Complejos de proteínas dentro de cada celda adicional conectan las proteínas adhesivas transmembrana con el citoesqueleto. En particular, los complejos de adaptación se unen en las uniones adherens al citoesqueleto de actina, y otros complejos de adaptación se unen en los desmosomas a los filamentos intermedios. Ambos tipos de complejos de unión proporcionan soporte mecánico a células y tejidos, y adicionalmente reclutan moléculas de señalización intracelular a la información posicional al núcleo.

Las uniones estrechas (puntos azules) entre las células se conectan las áreas de la membrana plasmática que unen las células. Las uniones adherentes (puntos rojos) se unen a los filamentos de actina de las células vecinas entre sí. Los Desmosomas son conexiones aún más fuertes que unen a los filamentos intermedios de las células vecinas. Semidesmosomas (luz azul) conectan los filamentos intermedios de una célula a la lámina basal, una combinación de moléculas extracelulares en las superficies celulares. Las uniones tipo Gap (amarillo) son grupos de canales que forman túneles de conectividad acuosa entre las células.

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Un nuevo método evita la transmisión de enfermedades heredables de madres a hijos

La revista Nature ha publicado un hallazgo histórico: un procedimiento desarrollado específicamente para prevenir enfermedades relacionadas con defectos genéticos en la mitocondria de la célula, es decir, que se transmiten por vía materna. Científicos de la Universidad de Oregón (EEUU) han conseguido sustituir con éxito el ADN mitocondrial(ADNmt) en 65 ovocitos humanos -óvulos inmaduros- y 33 controles y han observado cómo la tasa de fertilización después de la transferencia es similar a los ovocitos sanos.

Los investigadores han logrado que casi la mitad de esos óvulos fertilizados se desarrolle bien hasta que se generan los blastocitos -producidos a partir de las primeras 24 horas después de la fecundación y que suponen la fase adecuada para implantar en una mujer-, aunque el resto mostró defectos cromosómicos.

Han demostrado que el ADN mutado de la mitocondria puede ser reemplazado por copias sanas en células humanas»Con este proceso hemos demostrado que el ADN mutado de la mitocondria puede ser reemplazado por copias sanas en células humanas», explica Shoukhrat Mitalipov, autor principal del trabajo. «Mientras que las células humanas en nuestro estudio solo se les permite desarrollarse hasta la etapa de células madre embrionarias, este método podría ser una alternativa para la prevención de enfermedades que pasan de la madre al niño». Aunque son necesarios más estudios antes de que la técnica pueda ser utilizada terapéuticamente, para los autores la […]

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La fertilización con tres padres: cada vez más cerca

BBC Mundo  Jueves, 25 de octubre de 2012

Por ahora no está permitido usar los embriones en tratamientos de fertilización.

Los primeros ensayos en humanos y animales del controvertido tratamiento de fertilización in vitro con tres padres muestran resultados prometedores, afirman científicos en Estados Unidos. La investigación publicada en la revista Naturemuestra que con el procedimiento, que mezcla material genético de tres donantes adultos, se lograron crear embriones que parecen sanos. En el Reino Unido se está llevado a cabo actualmente una consulta pública sobre la ética de este procedimiento.Agregan que los ensayos con monos nacidos con la misma técnica, que ahora tienen tres años de edad, muestran que éstos están en buen estado de salud. Aunque en este país está permitido utilizar el procedimiento en el laboratorio, los embriones creados no pueden usarse en tratamientos. Se espera obtener los resultados de la consulta en 2013. La técnica está diseñada para prevenir las llamadas enfermedades mitocondriales, que provocan serias discapacidades como debilidad muscular, ceguera e insuficiencia cardíaca, y que se transfieren sólo de la madre al niño. Estas enfermedades son causadas por defectos en la mitocondria, el «motor» de las células.

Lea: ¿Es ético crear un bebé con tres padres?

Reemplazo

Con el procedimiento de fertilización in vitro se extrae la mitocondria defectuosa de la madre para reemplazarla con la de una donante sana. Pero como la mitocondria contiene sus propios genes y su propio ADN, esto significa que el embrión producido con este procedimiento contiene material genético de tres personas: sus padres y la donante. La mitocondria contiene una pequeñísima fracción de nuestro material genético, la mayoría del ADN que determina factores como el color del cabello u ojos se encuentra en el núcleo celular. Los científicos han estado investigando dos formas de crear embriones con reemplazo de mitocondria. Una es extraer el núcleo del óvulo de la madre y colocarlo en el óvulo de una donante con mitocondria sana al cual se le ha extraido su propio núcleo. Este nuevo óvulo sería posteriormente fertilizado con el esperma del padre. Otra forma es fertilizar el óvulo de madre primero antes de extraerle el núcleo y colocarlo en el óvulo de la donante.

La investigación publicada en Nature utilizó el primer método. El equipo de la Universidad de Oregon en Beaverton utilizó óvulos de siete mujeres que participaron voluntariamente en la investigación. Los científicos lograron reemplazar el ADN mitoconcrial en 65 de los óvulos y posteriormente los analizaron para ver cómo se desarrollaban durante la siguiente semana. El ritmo de fertilización fue similar al de 33 óvulos «normales» que no habían sido manipulados. Pero la mitad de los primeros mostraron algunas anormalidades. Los que lograron fertilizarse de forma normal se desarrollaron hasta la blástula, unos cinco o seis días, la etapa en la que los embriones que serán utilizados en fertilización in vitro por lo general se transfieren al útero materno. Éste fue el mismo resultado que en los óvulos no manipulados. El doctor Masahito Tachibana y sus colegas afirman que esto muestra que la técnica puede funcionar, al menos en el laboratorio. Pero todavía no se sabe si puede conducir al nacimiento de un bebé sano. Los investigadores ahora quieren llevar a cabo más estudios para asegurarse de que el tratamiento también es seguro. La profesora Mary Herbert, de la Universidad de Newcastle, Inglaterra, también ha estado estudiando la fertilización IVF con tres adultos, pero ha utilizado el otro método, que extrae el núcleo de un óvulo ya fertilizado. Expresa que los resultados del nuevo estudio son «alentadores» y señala que son una evidencia más de que el concepto es «sólido», aunque cree que la técnica que ella usa puede ofrecer mejores resultados.

Prohibición

Por ahora, sin embargo, no podrá saberse cuál de las dos ténicas funciona mejor en los humanos. Ni en el Reino Unido ni otros países está permitido usar los embriones creados en el laboratorio para tratamiento y deben ser destruidos. Y aunque los ensayos con animales también han mostrado resultados alentadores, es imposible que sean una guía totalmente precisa para confirmar si el acance puede también funcionar en humanos. El equipo de Oregon creó cuatro monos rhesus utilizando el procedimiento en 2009 y después de tres años los animales, dicen los investigadores, parecen totalmente sanos. Los ensayos con ratones también han sido exitosos.

BBC Mundo – Noticias – La fertilización con tres padres: cada vez más cerca.

El origen de los Cloroplastos | Aprender ciencias en Scitable

Los plástidos son componentes esenciales de la fotosíntesis en las plantas y las algas. Los científicos están debatiendo los acontecimientos que condujeron a la aparición de los plastidios en las células eucariotas.

Los orgánulos llamados plastos son los principales sitios de la fotosíntesis en células eucariotas. Los cloroplastos, así como cualquier otro orgánulo citoplasmático que contiene pigmentos que permita la recolección y la conversión de la luz y dióxido de carbono en alimentos y energía, son plástidos. Se encuentran principalmente en las células eucariotas. Los plastidios pueden agruparse en dos tipos distintos, dependiendo de su estructura de membranas: plástidos primarios y secundarios. Los cloroplastos primarios se encuentran en la mayoría de las algas y plantas, y las secundarios, más complejos, normalmente se encuentran en parte del plancton, como diatomeas y dinoflagelados. Explorar el origen de los plastidios es un apasionante campo de investigación, ya que mejora nuestra comprensión de la base de la fotosíntesis en las plantas verdes, nuestra fuente principal de alimento en el planeta Tierra.

Cloroplasto en una célula eucariótica actual

Plastidios primarios y endosimbiosis 

¿De dónde proceden los plástidos? Su origen se explica por endosimbiosis, el acto de un protista heterótrofo unicelular que envuelve una cianobacteria fotosintética de vida libre y la mantiene, en lugar de formar parte del aparato digerido en una vacuola (Margulis 1970; McFadden 2001; Kutschera y Niklas 2005). La célula capturada (la endosimbionte) se redujo entonces a un organelo funcional limitado por dos membranas, y se transmitió verticalmente a las siguientes generaciones. Este conjunto improbable de eventos estableció los linajes ancestrales del supergrupo eukaryota «Plantae» (Cavalier-Smith 1998; Rodriguez-Expeleta et al. 2005; Weber, Linka, y Bhattacharya 2006), que incluye muchas algas fotosintéticas y las plantas terrestres.

La idea de la endosimbiosis fue propuesta por primera vez por Konstantin Mereschkowski, un prominente biólogo ruso, en 1905. Él acuñó el término «simbiogénesis» cuando observó la relación simbiótica entre los hongos y las algas (Mereschkowski 1905). El término «endosimbiosis» es de origen griego (endo, que significa «dentro»; síndrome, que significa «con», y biosis, que significa «vida»), y se refiere al fenómeno de un organismo vivo dentro de otro organismo. En 1923, el biólogo estadounidense Ivan Wallin amplió esta teoría al explicar el origen de las mitocondrias en las células eucariotas (Wallin 1923). Sin embargo, no fue hasta la década de 1960 cuando Lynn Margulis, como un joven miembro de la facultad en la Universidad de Boston, avaló la hipótesis endosimbiótica. Basándose en evidencias citológicas, bioquímicas y paleontológicas, propuso que la endosimbiosis fue el medio por el cual las mitocondrias y los plastos se integraron los en eucariotas (Sagan, 1967; Margulis 1970). En aquellos días, la comunidad investigadora vió su idea como poco convencional y la recibió con mucho escepticismo, pero su trabajo fue publicado finalmente en 1967 (Sagan 1967) después de haber sido rechazado por quince revistas científicas! Hoy en día, la endosimbiosis es una hipótesis ampliamente aceptada para explicar el origen de los orgánulos intracelulares.

Además de estas ideas originales y audaces, ¿qué más hemos aprendido? Desde 1990 hemos visto un rápido avance en las técnicas de la biología molecular y la bioinformática. Utilizando enfoques filogenéticos moleculares, numerosos estudios comparativos han señalado la cianobacteria como el origen de los genes codificados en los plástidos de Plantae y proporcionado pruebas de la transferencia de genes del genoma del endosimbionte al núcleo del huésped (Bhattacharya y Medlin 1995; Delwiche 1999; Moreira, Le Guyader, y Phillippe 2000; McFadden 2001; Palmer 2003; Bhattacharya, Yoon, y Hackett 2004; Rodríguez-Ezpeleta et al. 2005; Reyes-Prieto, Weber, y Bhattacharya 2007).Estos estudios se complementan en varias líneas independientes de evidencia basadas ​​en las proteínas de transporte y la bioquímica de los plastidios (McFadden 2001; Matsuzaki 2004; Weber, Linka, y Bhattacharya 2006; Reyes-Prieto & Bhattacharya 2007). El establecimiento de plastos primarios en eucariotas se estima que se ha producido 1,5 mil millones años atrás (Hedges 2004; Yoon et al. 2004; Blair, Shah, & Hedges 2005), pero datar tal acontecimiento basándose en datos moleculares sigue siendo polémico debido a la apoyo limitado proporcionado por los registros fósiles (Douzer et al. 2004).

Considerando que la endosimbiosis que implica una cianobacteria explica la creación de plastos primarios en Plantae, la historia es más complicada en otros eucariotas fotosintéticos, que albergan plastos secundarios con estructuras más complejas. Los plastos que se encuentran en Paulinella chromatophora (una ameba filosa) son una excepción a la regla. Estos organismos se deriva de endosimbiosis primaria con cianobacterias mucho más recientes y que se produjo aproximadamente hace 60 millones de años (Bhattacharya, Helmchen, y Melkonian 1995; Marin, Nowack, y Meklonian 2005; Yoon . et al 2006). Estas trazas de plastidios señalan en su origen a un donante del tipo cianobacterias Prochlorococcus/Synechococcus (Yoon et al. 2006).  El origen de las Plastidos | aprender ciencias en Scitable.