La revista “Science” publicó un trabajo español que pone bajo el microscopio, a nivel atómico, los detalles de cómo se “disparan los tubos con la copia del material genético” a cada nueva célula

Buenos Aires-(Nomyc)-Miles de millones de células trabajan en nuestro organismo y en este momento se originarán cientos de ellas, por lo que una larga descendencia que supone conseguir copias unas de otras, pero ¿cómo consiguen construir las autopistas que llevan la información de la célula original a la copia?

Ahora, un grupo de investigadores españoles ha dado con la respuesta y wn el trabajo conjunto de científicos del Centro de Regulación Genómica (CRG), el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) y el IBMB-CSIC, que se publicó en Science. se descubrió cómo se forman los microtúbulos o autopistas que llevan la información de la célula original a la copia.

En la investigación se logró es filmar el momento en el que las células humanas inician la formación de los microtúbulos y Óscar Llorca, director del programa de Biología Estructural del CNIO y coautor principal del trabajo, explica “intentamos conocer los detalles de un proceso rápido. Porque cuando pones las células en el tubo de ensayo y las quieres mirar en el microscopio ya ha ocurrido la división”.

Para lograr esta película a escala atómica grabaron más de 1,5 millones de moléculas que, desde distintas perspectivas y momentos temporales, sirven para observar la formación de las autopistas y según explica el investigador “con diferentes trucos hemos conseguido parar el tiempo en distintas etapas”.

El investigador del CNIO pone en valor las herramientas y el conocimiento que han empleado en el proyecto desde Madrid y Barcelona con los crio-microscopios electrónicos, que han servido para congelar cada instante y registrarlo.

Cláudia Brito, investigadora postdoctoral en el CRG y primera autora del estudio, aclara que “lo más interesante es que, gracias a la criopreservación de la muestra, todos estos diferentes estadios de nucleación son capturados y pueden mostrar cómo todas las partículas están en diferentes fases del proceso. Con las muestras fijadas y conservadas, solo tomamos imágenes individuales de las mismas partículas, que luego son analizadas con Inteligencia Artificial”.

Para los profanos el resultado es algo como un gif que muestra “como largas sogas alcanzan a los cromosomas para dividirlos”, explica Llorca, aunque estas sogas o autopistas son los microtúbulos y “se denominan autopistas celulares porque actúan como rutas intracelulares a lo largo de las cuales se transportan diversas moléculas y orgánulos, facilitando el movimiento de componentes celulares importantes”, apunta el profesor de Investigación ICREA Thomas Surrey, investigador del CRG y co-autor principal junto a Llorca, a este medio.

También se les compara con largas sogas durante la división celular porque “son estructuras cilíndricas delgadas pero muy resistentes responsables de organizar y separar los cromosomas de manera precisa durante este proceso, asegurando una distribución adecuada del material genético a las células hijas”, añade Surrey.

Conseguir este gif es importante, aunque suene a un avance pequeño porque según Llorca “hay que poner en valor la investigación básica” e insiste “lo hemos visto con la tecnología ARN usada en el Covid. Sin todo el vasto conocimiento que se había desarrollado en esa área, hubiera sido imposible”

Las aplicaciones futuras de este hallazgo serán claves en enfermedades que pueden ser oncológicas, pero también otras que tengan relación con los trastornos del desarrollo.

“El mecanismo de estos tubos es esencial en muchos procesos”, explica el investigador.

“Pueden ser una diana empleada en los tratamientos contra el cáncer. Sabemos que muchos fármacos matan las células cancerígenas, a la vez que las sanas, pero las primeras se reproducen a una mayor velocidad por lo que estaríamos hablando de que morirían antes” agrega Llorca.

“Este primer peldaño científico proporciona una comprensión fundamental de los procesos celulares subyacentes y sus mecanismos reguladores, lo que sienta las bases para el desarrollo de terapias más efectivas y precisas en el futuro”, explica el profesor de Investigación ICREA.

Además, “proporciona información crucial sobre las bases moleculares de diversas enfermedades, lo que puede ser fundamental para el desarrollo de enfoques terapéuticos dirigidos y personalizados”, recalca.

Sobre las autopistas de la información genética: los cromosomas, una vez tienen la información genética duplicada, como detalla Llorca “se colocan en el centro de la célula y ésta, de manera extraordinaria, genera rápidamente desde sus dos extremos grandes tubos que enganchan a los cromosomas y tiran de cada una de las copias hacia los dos polos de la célula. Solo entonces es posible encapsular una copia de todo nuestro material genético en cada célula hija”.

Las estructuras que se lanzan son las largas sogas que llegan hasta los cromosomas para dividirlos, es decir los microtúbulos sobre lo que el investigador explica “por eso decimos que los microtúbulos tienen un papel clave en la división celular. Necesitamos comprender muy bien los mecanismos que disparan la formación de estos microtúbulos, en el sitio y momento adecuados y estas serán las siguientes respuestas que buscarán: cuándo y dónde se produce”.

Otro de los puntos que resalta el investigador del CNIO de este trabajo es el inicio de ese lanzamiento, ya que todo parte de una compleja estructura formada por varias proteínas llamada gTuRC.

El hallazgo muestra que gTuRC se cierra en un anillo y se convierte en un molde perfecto, capaz de lanzar la formación de los microtúbulos y el cierre de gTuRC se produce cuando se le engancha la primera pieza molecular de un microtúbulo.

“Ese es el truco que usa la célula para cerrar gTuRC”, explica Llorca y agrega “en cuanto entra este primer ladrillo, una región de gTuRC es capaz de engancharlo y, a modo de un lazo, actúa como un herraje que tira del anillo hasta conseguir cerrarlo y lanzar el proceso”.

Cómo son las autopistas: los microtúbulos son tubos de milésimas de milímetro de largo y nanómetros, es decir millonésimas de milímetro de diámetro y más allá de su rol clave en la división celular, actúan como autopistas para transportar componentes celulares entre zonas distintas de la célula.

Además, son elementos estructurales que dan forma a la propia célula, entre otras tareas, por lo que entender bien su formación, tiene implicaciones para múltiples áreas de la biomedicina.

“Los microtúbulos son componentes críticos de las células. Aquí captamos cómo es su proceso de formación dentro de células humanas. Dado el papel fundamental de los microtúbulos en la biología celular, esto podría conducir en el futuro a nuevos enfoques terapéuticos para una amplia gama de trastornos”, explica el profesor de Investigación ICREA.

Sobre cómo se hizo la película a escala atómica: aunque el proceso de grabar este microinstante resultaba todo un desafío, por la elevada velocidad del proceso de construcción de los microtúbulos, el grupo del CRG consiguió disminuir la velocidad en el laboratorio y además pausar el crecimiento de los microtúbulos para analizar las fases iniciales del proceso.

“Teníamos que encontrar condiciones que nos permitieran obtener imágenes de más de un millón de microtúbulos en proceso de nucleación antes de que crecieran demasiado, y oscurecieran la acción de gTuRC” explica Cláudia Brito, investigadora postdoctoral en el CRG y primera autora del estudio.

“Lo logramos utilizando técnicas moleculares de nuestro laboratorio y congelando después las muestras de microtúbulos” agrega la investigadora.

Los microtúbulos en construcción se observaron en la Plataforma de Criomicroscopía Electrónica del IBMB-CSIC, situada en el Centro Conjunto de Microscopía Electrónica (JEMCA), dentro del Sincrotrón ALBA.

“Se congelaron en una fina capa de hielo, preservando la forma natural de las moléculas implicadas”, explica Pablo Guerra, responsable de esta Plataforma.

Se determinaron así las mejores condiciones experimentales para observar microtúbulos en formación y las mejores muestras congeladas se enviaron al Basque Resource for Electron Microscopy (BREM ) para la toma de imágenes, y estas se transfirieron a Marina Serna y Oscar Llorca, en el CNIO, para su análisis y determinación de las estructuras tridimensionales a resolución atómica.

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