6 de junio de 2011

• El gen Hsp101 codifica una proteína que, a su vez, desaglomera a otras
• Se piensa que las células cerebrales mueren porque acumulan agregados de una proteína en particular, que las destruyen o inutilizan, y se estima que si las personas tuvieran Hsp101, podrían curarse de esos padecimientos

Las plantas tienen un gen llamado Hsp101 –también presente en bacterias y hongos, denominado ClpB o Hsp104, respectivamente–, de gran interés porque codifica una proteína que, a su vez, desagrega conglomerados de otras. No se ha detectado ninguna secuencia ortóloga –correcta- en invertebrados o vertebrados, aunque sí en los protozoarios.

Sus aplicaciones podrían ser relevantes, porque uno de los problemas que tienen en común enfermedades neurodegenerativas en humanos, como Alzheimer, Parkinson o Huntington, es que las células acumulan agregados (amiloides) de fragmentos de una proteína en particular, como son el ß-amiloide, la a-sinucleína o la huntingtina, respectivamente.

Se piensa que las células cerebrales mueren porque esos agregados las destruyen o inutilizan, y se estima que el tratamiento con desagregasas, como ClpB, Hsp101 o Hsp104, podría curar esos padecimientos.

En el Instituto de Biotecnología (IBt) de la UNAM, el grupo de investigación de Jorge Nieto Sotelo estudia cómo los organismos vivos se adaptan al estrés y, específicamente, analiza las funciones de esa proteína, que en las plantas se induce por calor.

Si una célula “normal” experimenta un periodo de aclimatación a una temperatura más elevada, pero no letal, óptima para crecer, se sintetizan las proteínas de choque de calor; si sigue en aumento, algunas otras se aglomeran, explicó el universitario.

Si la célula regresa a temperaturas más favorables, las proteínas de choque de calor que ya se habían sintetizado, reparan los agregados, de tal suerte que se recuperan sus funciones y estructura originales, y se mantiene la viabilidad celular.

Para responder a la pregunta básica de cómo sobreviven las células si las temperaturas son muy elevadas, Nieto tomó como modelo el maíz. Él y sus colaboradores realizaron una búsqueda exhaustiva de mutantes naturales, en los que el gen que codifica para Hsp101 estuviera dañado.

Una plántula de maíz silvestre que recibe un golpe de calor de 50 grados muere, pero si pasa de 28 a 40 grados y una hora más tarde se expone a 50, sobrevive, debido al mecanismo llamado termotolerancia inducida. En el lapso de 40 grados se sintetizan las proteínas de choque de calor que la ayudan a sobrevivir.

En las mutantes Hsp101 el tratamiento de termotolerancia inducida (el paso de 28 a 40 grados y una hora más tarde a 50) no es efectivo y las plántulas se mueren. “Eso significa que el gen es muy importante para la termotolerancia inducida, ya que éstas no tienen problemas para sobrevivir a 28 ó 40 grados”.

En otros laboratorios se ha utilizado al gen que codifica a la proteína Hsp104 de la levadura y se ha hecho expresar en nematodos como Caenorhabditis elegans, en ratas o en ratones, donde a la vez, se co-expresa el fragmento de la huntingtina, que forma amiloides y que provoca la enfermedad de Huntington, añadió.

En individuos testigo, donde sólo se expresa el fragmento de la huntingtina, ésta forma los agregados o amiloides, y al final, se presentan problemas neurológicos y la muerte. Sin embargo, en aquéllos donde se co-expresa tanto a Hsp104 como a la huntingtina, es posible evitar el padecimiento. Por ello, Hsp104 es potencialmente importante para la terapia de este tipo de afecciones.

Pero el científico descubrió que la tolerancia al calor va más allá del nivel celular y no es igual en todas las partes de la planta. Al estudiar la especie de Agave tequilana, vio que el llamado cogollo, conjunto de hojas en proceso de maduración y “adosadas” entre sí, que protegen al meristemo apical que se encuentra en el centro de la roseta, sobrevive de manera extraordinaria a choques de calor directos de más de 50 grados; ello, a diferencia del resto de las hojas ya desplegadas, que muere.

“Una planta no es igualmente sensible en toda su estructura o ‘cuerpo’, hay partes más tolerantes y mecanismos de adaptación muy interesantes”. Una de las razones por las que creemos que el cogollo no muere, es porque expresa grandes cantidades de proteínas de choque de calor de tamaño pequeño (sHsp), sufre mucho menos daño oxidativo a todas las temperaturas que probamos, y sus hojas tienen una mayor densidad estomática, es decir, poros que si se abren les permiten transpirar y enfriarse.

Hasta ahora, se había visto que lo “normal” en una planta es cerrar sus estomas si hace calor, para evitar la pérdida de agua, pero lo observado en el agave es novedoso. “La exposición a temperaturas muy elevadas disparó la apertura de los estomas únicamente en el cogollo, pero no en las hojas desplegadas de la roseta, que se comportan de acuerdo a lo que dicen los libros de texto”.

Consideramos que uno de los mecanismos más eficientes que tienen los agaves frente al calor es evadirlo, y una manera de hacerlo es con el aumento de la transpiración únicamente en hojas del cogollo, que contienen el meristemo apical, lo que permite su sobrevivencia y la viabilidad de la planta, pues de éste se derivan las futuras hojas e inflorescencia.

A Nieto ahora le interesa estudiar más cómo el desarrollo de las plantas está implicado en las respuestas del calor y la sequía, pues en países como México, ambas condiciones ocurren de manera simultánea en las regiones áridas y semiáridas. “Queremos entender cómo es que la temperatura regula el crecimiento y desarrollo de las raíces, ya que hemos observado que Hsp101 afecta el crecimiento de la raíz primaria y el desarrollo de las raíces adventicias en el maíz”.

Si hay un buen sistema radicular, aunque haya sequía, ese organismo puede estar en posibilidad de encontrar agua en las capas inferiores del suelo; es un mecanismo de adaptación clásico que ocurre en muchos grupos de plantas, abundó el experto.

Frente al escenario de cambio climático, de sequías y temperaturas extremas, se deberían optimizar los cultivos mediante la selección de plantas con mejores sistemas radiculares, que sepan buscar el agua y avanzar hacia una agricultura sustentable. Esto podría paliar esa situación, aunque no es la única alternativa, dijo.

Por último, Jorge Nieto señaló que en hongos unicelulares como la levadura Saccharomyces cerevisiae, sus colaboradores analizan cómo en el proceso de desarrollo cambia su termotolerancia, pues si se encuentra en fase de pleno crecimiento, es muy sensible al estrés; pero si se agotan los nutrientes de su medio de cultivo y entra a la fase estacionaria, la célula aumenta dramáticamente su resistencia al estrés (por ejemplo de calor, oxidativo, osmótico). Se planteó entonces la pregunta de si es posible tener mutantes que en fase logarítmica o de pleno crecimiento sean tolerantes, y encontrar los genes que regularan ese proceso.

“Encontramos que varios de esos mutantes en genes codifican componentes de una vía de señalización celular importante, llamada PKA, que gradúa el crecimiento de la célula en función de los nutrientes. Actualmente se observa cómo la PKA regula factores de transcripción, como Hsf1 y Skn7, que sistematizan la expresión de genes que codifican a las proteínas de choque de calor (HSPs)”.

Créditos: UNAM-DGCS-331-2011/unam.mx