UABDivulga - Barcelona recerca i innovació

En un treball recent publicat pel grup del Dr. José M. López de l'Institut de Neurociències i el Departament de Bioquímica i Biologia Molecular de la Universitat Autònoma de Barcelona, s'explica com una cèl·lula és capaç de generar senyals digitals a partir d'estímuls analògics. En concret, s'estudien les propietats d'unes proteïnes quinases (AMPK i JNK) que són sensors d'estrès cel·lular, i que s'activen davant d'una concentració elevada de soluts en el medi (el que es coneix com estrès hiperosmótic). Per realitzar aquest treball els investigadors estudien l'efecte del xoc osmòtic en els oòcits de la granota africana Xenopus laevis. Perquè utilitzen un sistema cel·lular tan peculiar? En primer lloc, perquè un oòcit de Xenopus té una mida equivalent a 250.000 cèl·lules de mamífer, el que permet realitzar experiments bioquímics en cèl·lules individuals per mesurar l'activitat d'aquestes proteïnes. En segon lloc, perquè el xoc osmòtic indueix la mort dels oòcits (apoptosi) que es caracteritza per la sortida de citocrom c mitocondrial i l'activació de caspases (unes proteïnes que degraden al seu torn a altres proteïnes). Com l'apoptosi és un fenomen biològic irreversible, s'estudien una sèrie de propietats que poden ser importants per regular aquest procés: 1) Ultrasensitivitat, és a dir la capacitat per produir una gran resposta a un petit increment en la concentració de l'estímul, 2) Histèresi, és a dir la capacitat de mantenir la resposta quan l'estímul ja ha desaparegut, i 3) Resposta digital, és a dir un activació de tot-o-res a nivell de la cèl·lula individual.

En primer lloc, els investigadors caracteritzen la proteïna AMPK de Xenopus, que és un sensor i regulador dels nivells d'energia en la cèl·lula, i que no havia estat descrita en aquesta espècie. En segon lloc, l'estudi demostra que les dues proteïnes (AMPK i JNK) són ultrasensibles al xoc osmòtic i que tenen una resposta digital. No obstant això, mentre que JNK presenta histèresi, l'AMPK no. A més, es demostra que les dues proteïnes tenen una resposta inicial analògica, que es converteix en digital durant un moment crític de la mort cel·lular: quan es produeix la sortida de citocrom c mitocondrial. Per tant, la resposta digital és dependent del temps i s'obté, presumiblement, quan el sensor ha superat un determinat nivell llindar d'estrès. Finalment, com que no hi ha una correlació completa, a nivell de cèl·lula individual, entre l'activació de la AMPK i / o JNK i la sortida de citocrom c, els autors proposen un model per explicar la mort cel·lular programada basat en l'activació de múltiples sensors d'estrès (proteïnes quinases) i la integració dels senyals digitals generades. En el futur s'estudiaran altres sensors d'estrès que poden participar en la mort cel·lular. Així mateix, les propietats descrites anteriorment per les proteïnes quinases (ultrasensitivitat, histèresi, i resposta digital) poden tenir gran importància en altres processos biològics com el cicle cel·lular, la diferenciació o fins i tot en la formació de la memòria a llarg termini.