¿Cómo se regula el tráfico al interior de la célula?: El premio Nobel de medicina 2013

El premio Nobel de Medicina y Fisiología de este año ha sido otorgado a Randy W. Schekman, Thomas C. Südhof y James E. Rothman, tres brillantes científicos que han invertido su vida y esfuerzos a estudiar la forma en que diferentes componentes de la célula llegan a su correcta localización.

Imaginemos una célula como una gran ciudad, donde miles de productos se fabrican todos los días y estos deben ser transportados al lugar donde se les necesita. Como ocurre en todas las ciudades, muchos de estos productos también deben ser exportados a otros lugares fuera de sus fronteras. Y claro, todos estos movimientos deben ser controlados de forma sumamente precisa o toda la ciudad podría colapsar.

Así pues, la célula usa vesículas hechas del mismo material que su membrana para envolver y transportar los materiales que produce. Cuando las vesículas llegan a su destino, estas se fusionan con otros organelos o con la membrana celular (en este caso para ser exportados al espacio extracelular).

Los científicos galardonados este año con el premio Nobel han dilucidado los mecanismos con los que la célula regula todo este proceso. Sus descubrimientos nos hacen pensar en la célula como un pequeño robot en que cada uno de sus componentes sigue un proceso mecánico pre-establecido. A pregunta expresa de la agencia Nobel, James E. Rothman dijo que “así es exactamente como me la imagino, como una maquinaria. Y la razón es que una de las más grandes lecciones en toda la bioquímica, biología celular y la medicina molecular es que cuando las proteínas operan en un nivel sub-celular, estas se comportan de cierta manera, como si fueran maquinaria mecánica. Es totalmente fascinante.”

Los descubrimientos

Aunque a lo largo de sus carreras, los tres científicos se han cruzado varias veces, estos han trabajado de forma separada y han usado técnicas diferentes para estudiar diferentes aspectos del mismo fenómeno.

Randy W. Schekman usó estrategias genéticas en levaduras para identificar una serie de genes críticos para el tráfico vesicular. Mostró que estos genes son esenciales para la vida de las levaduras y pudo clasificarlos en tres categorías que regulaban diferentes aspectos del tráfico vesicular. Su estrategia fue similar a mandar de vacaciones a los controladores aéreos de un aeropuerto y ver qué es lo que pasaba. De ésta forma, viendo qué parte del mecanismo de transporte se arruinaba, pudo entender en qué parte del proceso participaban los distintos componentes.

En una versión inicial de su estudio, Schekman identificó dos genes, sec1 y sec2, pero al refinar el estudio, logró la identificación de 23 genes importantes para el tráfico. De forma importante, estos 23 genes pudieron ser clasificados en las tres categorías, basados en la acumulación de membranas que reflejaban bloqueos en el tráfico desde el retículo endoplásmico, el complejo de Golgi o en la superficie celular

James E. Rothman tomó un acercamiento bioquímico e identificó proteínas que controlan la fusión organizada de las vesículas. Descubrió que diferentes proteínas en las vesículas y en las membranas blanco se unen en combinaciones específicas, asegurando la correcta entrega de la carga molecular en el destino correcto. Él descubrió que existen ciertas “marcas” en las vesículas y en sus lugares de destinos, y que estas marcas se combinaban de forma específica para asegurar el correcto destino del transporte celular.

Thomas C. Südhof se interesó en cómo se controlaba la maquinaria que gobernaba la fusión vesicular. Él describió el mecanismo por el cual los iones de calcio desatan la liberación de neurotransmisores e identificó componentes claves en la regulación de la fusión de las vesículas. Anteriormente, Rothman y Scheckman ya habían dilucidado la maquinaria fundamental para la fusión vesicular, pero cómo ésta se controlaba temporalmente continuaba siendo un misterio. Este proceso requiere ser regulado minuciosamente y en algunos casos tiene que ser ejecutado con precisión milimétrica a estímulos específicos. Éste es el caso, por ejemplo, de la liberación de neurotransmisores en el cerebro e insulina en el páncreas. Südhof hizo un descubrimiento crítico que permitió avanzar en la comprensión de cómo las vesículas se fusionan de forma tan controlada y elucidó las formas en que los niveles de calcio regulan la liberación de neurotransmisores en la sinapsis.

“Mi esposa piensa que estoy loco”

Hace sólo unas horas, el comité Nobel informó a los científicos sobre este gran reconocimiento a su trabajo y ellos ya han otorgado sus primera declaraciones a la prensa.

Thomas C. Südhof es conocido por su gran productividad. Al momento de preguntarle qué es lo que lo motivaba a trabajar tanto, contestó:

“Mi esposa piensa que estoy loco. No sé. Estoy muy motivado. No lo pensaba así cuando era joven, pensaba que era normal, pero a medida que me fui haciendo viejo y vi a las personas a mi alrededor, y a veces sentía que yo… bueno, así soy yo. Perdón, todavía no termino de digerir la noticia… No te puedo decir lo mucho que disfruto hacer esto. Siempre he considerado un gran privilegio ser un científico.”

Por su parte James E. Rothman, contó un poco sobre sus motivaciones para emprender su carrera científica con una hipótesis tan aventurada:

“Al principio, en los primeros años, cuando comencé éste proyecto en Stanford, todos me decían que estaba loco por tratar de reproducir las complejidades que ocurren en la célula completa, en un extracto celular. Y mi motivación vino de varias fuentes. La primera fue mi juventud. Porque hay cierta arrogancia en la juventud. No sé si tendría el coraje de hacer lo mismo hoy. La segunda fue el hecho de que en esos días, en los Estados Unidos, tú podías hacer cosas aventuradas con muy poco, sin tantos datos preliminares, y todavía podías obtener apoyo del Instituto Nacional de Salud. En el ambiente de hoy, dudo mucho que tuviera la libertad y la oportunidad de buscar lo mismo.”

Carga celular: entregada

Juntos, Rothman, Schekman y Südhof han transformado la forma en que comprendemos el transporte molecular a destinos específicos dentro y fuera de la célula. Sus descubrimientos explican un viejo enigma de la biología celular y también arrojan luz sobre cómo la alteración de esta maquinaria puede tener efectos negativos y contribuir a padecimientos como enfermedades neurológicas, diabetes y desórdenes inmunológicos.