• 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)”.
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