Hacia una mejor comprensión de las enigmáticas ‘gotas’ del citoplasma celular

Las liquid-like droplets o gotas líquidas son acumulaciones muy dinámicas –y sin estructura aparente de proteínas– en el citoplasma celular que en los últimos dos años están acaparando protagonismo por sus funciones esenciales de la célula y su relación con diversas patologías.

Aunque observadas desde hace tiempo –ya Ramón y Cajal las había percibido–, el auge es tan reciente como el nombre finalmente adoptado para referirse a ellas. La curiosidad de los científicos reside en qué ahora se sabe que estas agrupaciones de proteínas, que se asemejarían en apariencia y comportamiento a gotas de aceite en ‘el medio aquoso’ del citoplasma celular, son relevantes para la función y regulación de las células. Tanto es así que de hecho se las describe como orgánulos celulares sin membrana.

Un estudio del IRB Barcelona publicado en eLife, liderado por el investigador ICREA Raúl Méndez y en colaboración con Xavier Salvatella, también en el mismo centro, aporta uno de los ejemplos más detallados de cómo se regula la dinámica de las liquid like droplets, formadas en este caso por CPEB4, durante el ciclo celular.

Las CPEB4 son proteínas de unión a ARN y su función en el citoplasma es activar o reprimir la traducción de ARN mensajeros a proteínas. Trabajos previos del grupo definieron cómo la CPEB4 controla el momento en el que se expresan reguladores de la división celular.

Entre las características de la CPEB4 se distingue el hecho de que tiene partes desestructuradas, es decir, que hay regiones de la proteína que permanecen desplegadas, y que son las que median la formación de las liquid like droplets y su regulación durante la división celular.

Jordina Guillén-Boixet, doctorada en el laboratorio de Méndez con este trabajo y que viajará en breve a un laboratorio Max Planck en Alemania para seguir estudiando estas gotas en su postdoctorado, ha dedicado los últimos siete años a investigar a fondo la mecánica de las CPEB4. Estas proteínas están implicadas en muchas funciones celulares y están también relacionadas con enfermedades neurodegenerativas o el cáncer.

La investigadora observó que a través de sus partes desordenadas, las CPEB4 se reconocen entre ellas y se unen formando estas estructuras de gotitas, llevándose los ARN mensajeros para ocultarlos de los ribosomas y evitando su traducción a proteína. La versatilidad y dinamismo de agruparse de este modo, permite asimismo desmantelarlas fácilmente cuando la célula requiere traducir los ARN a proteína.

Regular la función de proteínas

El equipo de Méndez ha descrito con precisión molecular cómo se forman y se descomponen las gotas de CPEB4 y las quinasas que intervienen en la fosforilización de las proteínas para descomponer la agrupación y liberar el ARN mensajero.

Además de entender cómo se regula la CPEB4 durante el ciclo celular, el trabajo refuerza dos ideas en relación a las liquid-like droplets con el potencial de regular la función de proteínas (y ARN mensajeros) “que anteriormente se creían dispersos en el citoplasma ”, apunta Méndez.

Como primera idea fuerza, los investigadores creen que, probablemente, la gran mayoría de proteínas de unión a ARN forman estos mismos orgánulos. “Es el primer trabajo donde se caracteriza cómo se regula este proceso durante el ciclo celular para una proteína que une y controla la traducción de una familia de ARN mensajeros y abrimos la vía a verificarlo con las demás”, indica. La otra idea fuerza es que solamente las proteínas desordenadas o las regiones desordenadas pueden formar gotas de proteínas.

De hecho, una buena parte de las proteínas del ser humano tienen regiones desordenadas. “La evolución ha seleccionado las regiones desordenadas probablemente porque confieren dinamismo y versatilidad a las proteínas, mayor rapidez en hacer y deshacer interacciones, lo que supone una ventaja para la transmisión de señales”, explica Xavier Salvatella, investigador ICREA del IRB Barcelona especialista en biofísica molecular y proteínas desordenadas.

“En el citoplasma estas proteínas no están flotando libremente, están de algún modo agrupadas formando compartimentos, en una especie de orden para cumplir funciones celulares, por eso la descripción cada vez más precisa de estos orgánulos sin membrana tiene tanta trascendencia para la biología”, añaden.

Los investigadores del IRB Barcelona están ya estudiando cómo errores en la formación de estos orgánulos pueden estar detrás de la aparición de enfermedades.