El ejercicio intenso o el ayuno, claves para eliminar algunas proteínas tóxicas o innecesarias
La capacidad del cuerpo para adaptarse a las condiciones y demandas fisiólogicas cambiantes es esencial para la supervivencia. Para hacerlo, cada célula debe poder deshacerse de proteínas dañadas o innecesarias, un mecanismo de control de calidad crítico para el rendimiento celular y para la salud de todo el organismo.
Los hallazgos de estos investigadores, publicados en la revista 'Proceedings of the National Academy of Sciences', revelan un mecanismo previamente desconocido utilizado por el cuerpo para activar rápidamente la maquinaria molecular responsable de la eliminación de proteínas basura, permitiendo a las células adaptar su contenido de proteínas para satisfacer nuevas demandas. Este mecanismo, según el estudio, se desencadena por las fluctuaciones en los niveles hormonales, que indican cambios en las condiciones fisiológicas.
Los fallos en la maquinaria de eliminación de proteínas de las células pueden llevar a la acumulación de proteínas mal plegadas, que obstruyen la célula, interfieren con sus funciones y, con el tiempo, precipitan el desarrollo de enfermedades, incluidas aquellas neurodegenerativas como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y el Alzheimer.
El sistema bioquímico utilizado por las células para eliminar las proteínas basura es la vía de la ubiquitina-proteasoma. Implica el etiquetado de proteínas defectuosas o innecesarias con moléculas de ubiquitina, un proceso conocido como el 'beso de la muerte', que marca las proteínas para su destrucción por parte de la unidad de eliminación de proteínas de la célula, conocida como proteasoma 26S.
Investigaciones anteriores realizadas por este mismo grupo de investigación han demostrado que esta maquinaria puede activarse mediante agentes farmacológicos que aumentan los niveles de una molécula conocida como cAMP, un mensajero intracelular, que a su vez activa la enzima proteína quinasa A. Además, otro trabajo anterior probó que los fármacos estimulantes de cAMP mejoran la destrucción de proteínas defectuosas o tóxicas, particularmente proteínas mutantes que pueden conducir a las citadas patologías neurodegenerativas.
Los nuevos hallazgos, sin embargo, revelan que este proceso de control de calidad se regula continuamente de manera independiente de los medicamentos por los cambios en los estados fisiológicos y los cambios correspondientes en las hormonas.
"Creemos que nuestros hallazgos establecen el escenario para el desarrollo de terapias que aprovechen la capacidad natural de las células para eliminar las proteínas y, de este modo, mejorar la eliminación de proteínas tóxicas que causan enfermedades", explica el investigador principal del estudio, Jordan VerPlank. Este tratamiento pueden no necesariamente involucrar el diseño de nuevas moléculas, sino estimular la capacidad incorporada de la célula para el control de calidad.
En sus experimentos, los investigadores analizaron los efectos del ejercicio en las células obtenidas de los músculos de los muslos de cuatro voluntarios antes y después de hacer ciclismo de forma intensa. Después del ejercicio, los proteasomas de estas células mostraron muchas más marcas moleculares de mayor degradación de proteínas, incluidos mayores niveles de cAMP, el desencadenante químico que inicia la cascada que conduce a la degradación de proteínas dentro de las células. Se observaron los mismos cambios en los músculos de ratas anestesiadas cuyas patas traseras se estimularon para contraerse repetidamente.
El ayuno, incluso durante breves períodos, produjo un efecto similar en la maquinaria de descomposición de proteínas de las células: incrementó la actividad del proteasoma en las células musculares y hepáticas de ratones privados de alimento durante 12 horas, el equivalente a un ayuno nocturno.
En otra ronda de experimentos, expusieron las células hepáticas de los ratones al glucagón, la hormona que estimula la producción de glucosa como combustible para las células y los tejidos durante los períodos de privación de alimentos o cuando los niveles de azúcar en la sangre bajan. Los investigadores observaron que la exposición al glucagón estimulaba la actividad del proteasoma y aumentaba la capacidad de las células para destruir las proteínas mal plegadas.
Por otra parte, la exposición a la hormona epinefrina produjo un efecto similar. La epinefrina, conocida de forma común como adrenalina, es responsable de estimular el hígado y los músculos para movilizar las reservas de energía y aumentar la frecuencia cardíaca y la fuerza muscular durante los períodos de estrés fisiológico.
Las células hepáticas tratadas con epinefrina mostraron aumentos marcados en cAMP, así como una mayor actividad del proteasoma 26S y la degradación de proteínas. La exposición a epinefrina también aumentó la actividad del proteasoma en los corazones de las ratas. De manera similar, cuando los investigadores expusieron las células renales de los ratones a la vasopresina, la hormona antidiurética que ayuda al cuerpo a retener el agua y previene la deshidratación, también observaron niveles más altos de degradación de proteínas.
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