Investigadores de la Universidad de Zaragoza y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han realizado nuevos hallazgos en el marco del proyecto ROSAS, dedicado al estudio de los radicales libres –responsables, entre otras cosas, del envejecimiento celular- y, por extensión, las enfermedades relacionadas con ellos, como la hipertensión, la fibrosis, las enfermedades mitocondriales (englobadas dentro de las llamadas enfermedades raras) o el Alzheimer. Las investigaciones han sido publicadas en las revistas Proceedings of the National Academy of Science, Molecular and Cellular Biology y Molecular Cell.
Entre otros logros, los investigadores han identificado un biomarcador- es decir, una molécula que evidencia la existencia de un estado patológico- que podría servir como alerta temprana del estrés oxidativo provocado por los radicales libres y, por tanto, del riesgo de desarrollar patologías como hipertensión o fibrosis. En concreto, científicos del Centro de Investigaciones Biológicas del CSIC en Madrid han identificado una enzima celular, la GAPDH (gliceraldehído 3-fosfato dehidrogenasa) que, en condiciones normales, interacciona con ciertos elementos estructurales del ARN mensajero, resultando en una baja producción de endotelina-1, un péptido implicado en la regulación del tono vascular y relacionado con enfermedades como la hipertensión o la fibrosis. “Sin embargo, en condiciones de estrés oxidativo esa capacidad se altera y, por tanto, se produce un incremento en la producción de endotelina-1,” explican Santiago Lamas y Fernando Rodríguez Pascual, responsables de la investigación.
Otros grupo de investigadores, en este caso de la Universidad de Zaragoza, ha corregido el modelo de organización de uno de los procesos fundamentales de las células, la cadena de transporte electrónico mitocondrial (CTEM). “Esto permite entender mejor las enfermedades mitocondriales, un tipo de enfermedades producidas por mutaciones en el ADN, raras, incurables y para las que se carece de tratamiento”, explica José Antonio Enríquez, director del estudio.
El antiguo modelo, que databa de los años 70, establecía que las más de 80 proteínas que se encuentran en la mitocondria se asociaban en cinco grandes complejos ordenados de forma independiente en la membrana interna de la mitocondria. Sin embargo, el grupo ha demostrado que esta visión es incompleta y que los compuestos se organizan de modo más intrincado de lo que se creía y que “incluso se pueden asociar entre sí dependiendo de las necesidades de cada célula”, apostilla Enríquez.
Este hallazgo permite entender mejor tres aspectos cruciales de la función de las células: cómo obtienen la energía partir de los alimentos, cómo funcionan sus rutas metabólicas esenciales y cómo se generan las especies reactivas del oxígeno, como los radicales libres, y qué efecto tienen sobre el ADN mitocondrial.
La CTEM tiene dos funciones diferenciadas. Por un lado funciona como un cable químico que transmite electrones desde los alimentos hasta el oxígeno, que luego se combina con hidrógeno para formar agua. Esto permite el funcionamiento del mecanismo de la célula para fabricar ADN o realizar la síntesis de determinadas moléculas. Al mismo tiempo, el paso de los electrones por este “cable” libera energía que por un lado se disipa en forma de calor y por otro se acumula como energía química en la molécula de ATP, que posteriormente es usada por la célula en múltiples procesos.
Usando células de ratón cultivadas en laboratorio y de las que se había eliminado la CTEM, los investigadores han conseguido además reemplazarla por un cable químico mucho más simple, pero capaz igualmente de transmitir electrones desde los alimentos hasta el oxígeno. Es decir, han conseguido recuperar partes del metabolismo de la célula que estaban dañadas al faltar la CTEM. Al mismo tiempo han podido observar qué parte de los problemas mitocondriales se deben principalmente a la falta de energía (es decir, al mal funcionamiento del cable) y cuáles al fallo de otros procesos metabólicos, lo que ha permitido conocer con mayor precisión los mecanismos moleculares de las enfermedades mitocondriales.
“Las enfermedades mitocondriales originan un mal funcionamiento de los procesos que se desarrollan en las mitocondrias. Muchas de ellas afectan al músculo esquelético y al sistema nervioso central, pero pueden afectar a cualquier órgano dando lugar a manifestaciones multisistémicas. De hecho, las deficiencias mitocondriales pueden dar lugar a diabetes, enfermedades neurodegenerativas y además se postula que participan en el desarrollo del Parkinson y del Alzheimer”, apostilla Enríquez.
Las investigaciones se enmarcan en el llamado proyecto ROSAS (Reactive Oxygen Species and Systems), una red de excelencia en la que participan diez grupos de investigación de Madrid, Cataluña, Valencia, Castilla León y Andalucía y financiada por el programa Consolider Ingenio 2010 del Ministerio de Ciencia e Innovación. Coordinada por Santiago Lamas, del CSIC, ROSAS “pretende ahondar en el conocimiento de los radicales libres y el estrés oxidativo y, por extensión, en el de las enfermedades relacionadas con ellos para establecer mejores estrategias de diagnóstico y seguimiento”, explica el investigador. Se pueden describir más de trescientas enfermedades en cuya génesis o desarrollo intervienen los radicales libres de forma decisiva, como el Parkinson, el Alzheimer, la arterosclerosis e incluso varios tipos de cáncer.
Los radicales libres son un tipo de especies reactivas del oxígeno, moléculas muy pequeñas que se forman como subproducto del metabolismo normal del oxígeno y que tienen un importante papel en la señalización celular pero que, si se acumulan demasiado, provocan estrés oxidativo y pueden causar daños a las estructuras celulares, destruyendo y modificando su información genética y facilitando el camino para el envejecimiento celular y varias enfermedades.
La mayor parte de los radicales libres producidos por la célula se generan por la CTEM, por lo que el estudio de la mitocondria y sus procesos es fundamental para entender cómo funcionan y las enfermedades que se derivan de ellos.
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