Durante la crisis del coronavirus, los camioneros han desempeñado un papel esencial para llevar máscaras, medicamentos y equipos a los hospitales que estaban abrumados, y alimentos a los supermercados para evitar una crisis de hambre, ya que las personas obedecían las órdenes de quedarse en casa. Algunos de los camioneros condujeron turnos largos toda la noche para satisfacer la demanda crítica. Las entregas no esenciales de productos de comerciantes minoristas como Amazon también continuaron en su mayoría sin interrupciones.

Los sistemas de entrega humana dependen del almacenamiento distribuido. Las células saben todo sobre esto. Una célula es un lugar grande, como una ciudad para las moléculas dentro; es ineficiente almacenar cargas necesarias lejos de sus sitios de trabajo. Dentro de la célula, las carreteras de microtúbulos crecen en las direcciones que los transportistas de carga, como las kinesinas, las necesitan. Algunos nuevos descubrimientos muestran que mecanismos adicionales complementan esos procesos conocidos para proporcionar una entrega justo a tiempo.

Almacenamiento LPL

Muchas personas conscientes de la salud monitorean sus triglicéridos, sabiendo que los niveles altos representan un factor de riesgo para la enfermedad cardiovascular. A nivel celular, una proteína llamada LPL (lipoproteína lipasa) está ahí para ayudar a regular los triglicéridos. Las lipasas son enzimas necesarias para la distribución y utilización adecuadas de los lípidos en el cuerpo humano, pero algunas de estas enzimas pueden ser peligrosas si no se manejan con cuidado. La LPL, por ejemplo, podría hidrolizar lípidos útiles dentro de la célula si se suelta, en lugar de ir a trabajar en el espacio intersticial en los capilares donde los triglicéridos deben ser desmantelados antes de que contribuyan a la aterosclerosis.

Los científicos que publicaron en PNAS encontraron «un giro inesperado» en la forma en que las células en los capilares secuestran estas enzimas hasta que se requieren: la célula las agrupa en forma helicoidal y las empaqueta en vesículas. Tras la traducción en los ribosomas, los LPL en los adipocitos se envían al aparato de Golgi para su maduración y plegamiento adecuado. Cuando están listos, están acompañados por otra enzima, SDC1 (syndecan-1), para su secuestro en vesículas. Allí, una tercera enzima llamada HSPG los estabiliza, dejándolos inactivos, ya que dos hebras de LPL se enrollan en forma helicoidal. Cuando reciben la llamada a la acción, emergen de sus vesículas como bomberos en una estación, se desenrollan de su forma helicoidal, se separan y se cuelgan de HSPG en la superficie de la célula. Luego, se trasladan a las superficies del endotelio capilar, listas para apagar los incendios de triglicéridos. Los autores dicen:

Una forma inactiva de LPL es fisiológicamente importante para el almacenamiento durante el tráfico. Se ha informado que LPL tiene un estado críptico en el lisado celular que es inactivo y dependiente de la concentración. Este estado críptico comparte muchas similitudes con el LPL helicoidal que identificamos. Las células almacenan grupos de LPL que pueden liberarse en respuesta a la señalización nutricional. Sin embargo, no es ideal tener LPL activa dentro de la célula, donde podría hidrolizar los lípidos necesarios. La LPL en una conformación inactiva proporcionaría una solución atractiva al problema y le daría a la célula flexibilidad para almacenar LPL sin preocuparse por la hidrólisis no deseada (Fig. 8). Una estructura helicoidal también es una forma estable de empaquetar una proteína propensa a la agregación, como LPL, para un almacenamiento eficiente en un espacio pequeño y compacto.

El diagrama de la forma helicoidal de los autores se ve muy elegante, algo así como un tubo trenzado simétrico. Se mantiene unido por enlaces disulfuro y glicanos unidos a N.

El sistema FedEx de la célula

Las noticias de la Universidad de Vanderbilt anunciaron otro mecanismo de entrega, esta vez para proteínas llamadas retrómeros. El titular pegadizo dice: «Los investigadores de biología capturan estructuras de entrega que cambian de forma en cuerpo celular ‘del sistema FedEx'». Sorprendentemente, los retrómeros son contorsionistas en su trabajo.

Un nuevo estudio de biología celular, publicado el mes pasado en la revista Structure por científicos de Vanderbilt, informa una estructura de cambio de forma en el cuerpo humano que juega un papel importante en el suministro oportuno de grasas y proteínas.

Dirigido por Lauren Jackson, profesora asistente de ciencias biológicas y bioquímica en Vanderbilt, el trabajo es el primero en visualizar esta estructura, un tipo de complejo de proteínas que se encuentra en las células humanas conocido como retrómero, e informar su capacidad única para transfigurarse en una variedad de diferentes arquitecturas y estructuras.

¿Cómo califican como personal de entrega? Entregan «paquetes», explican los científicos. Sus trabajos son esenciales, como se ve por lo que sucede cuando no llegan con los productos.

El cuerpo humano se basa en este proceso de entrega de paquetes (denominado por Jackson como un «sistema biológico FedEx«) para entregar moléculas importantes de proteínas y lípidos grasos en los lugares correctos en los momentos correctos. En caso de fallas o interrupciones de entrega, las células pierden lo que necesitan para funcionar y pueden surgir enfermedades humanas y trastornos neurológicos como el Alzheimer y el Parkinson.

Antes de que empresas como FedEx, UPS o el correo de EE. UU. puedan entregar paquetes, deben clasificarlos. El artículo describe «estaciones de clasificación» en células llamadas endosomas, donde esto tiene lugar. El resumen del artículo dice:

Nuestros datos sugieren que el retrómero metazoico es un andamio adaptable y plástico que acomoda las interacciones con diferentes nexinas de clasificación para clasificar múltiples cargas de los endosomas en sus destinos finales.

Los retrómeros pueden adoptar una variedad de formas, uniéndose en complejos de «heterotrímeros; dímeros de trímeros; tetrámeros de trímeros; y cadenas planas». Imagina obtener esa habilidad por mutaciones fortuitas. Aquí hay otro caso en el que el microscopio crioelectrónico permitió a los investigadores ver el espectáculo.

«Esta estructura de andamio flexible juega un papel clave en el proceso de clasificación y entrega», dijo Jackson. «Estas estructuras revelan cómo un solo complejo es capaz de clasificar y entregar» carga «celular a diferentes destinos».

Etiquetando la basura

No es solo la carga lo que necesita ser etiquetado. Las operaciones de clasificación también deben identificar la basura y reciclar lo que puedan. La basura celular está marcada por una molécula llamada ubiquitina. La microscopía crioelectrónica en el Instituto Max Planck revela cómo una enzima controla a otra enzima que estampa la etiqueta «recícleme» de ubiquitina en las proteínas gastadas.

Las proteínas son caballos de trabajo molecular en la célula que realizan tareas específicas, pero es esencial que el tiempo de las actividades proteicas esté controlado de forma exquisita. Cuando las proteínas han cumplido sus tareas, la degradación de estas proteínas terminará los procesos innecesarios o perjudiciales. Para controlar el tiempo, una etiqueta, llamada «ubiquitina», se une a las proteínas no deseadas, marcando la proteína para la degradación. Aunque se sabía que las maquinarias moleculares complejas unían ubiquitina, se desconocía cómo estas máquinas llevan a cabo el proceso de etiquetado.

La máquina que hace esto se llama NEDD8, y siempre está «en el lugar correcto, en el momento correcto». Su trabajo es activar otras moléculas, las ligasas E3, que unen las etiquetas de ubiquitina. «Descubrimos cómo NEDD8 induce a una máquina molecular E3 a llevar la etiqueta de ubiquitina a sus objetivos», dicen los investigadores.

Justo a tiempo para el sexo

Una última historia sobre la entrega justo a tiempo es bastante interesante, ya que nos ayudó a cada uno de nosotros a nacer. Los científicos de la Universidad de California se preguntaron cómo los espermatozoides desempaquetan el genoma de papá para que pueda fusionarse con el de mamá en el momento de la fertilización. Obviamente, un paquete como ese requiere un manejo especial, pero cualquier sistema de entrega de paquetes enfrenta dos problemas: el paquete debe llegar a tiempo con el tren y debe poder abrirse. ¡Imagine que obtiene su pedido esencial de Amazon en una caja que no puede abrir, o una vez abierto, está tan enredado con el material de embalaje que no puede acceder a los productos! Considere cómo llega el genoma haploide masculino:

El esperma puede ser hasta 20 veces más pequeño que una célula normal en el cuerpo. Y aunque los espermatozoides transportan solo la mitad del material genético que una célula normal, deben plegarse y empaquetarse de una manera especial para que quepan. Una forma en que la naturaleza hace esto es reemplazando las histonas, proteínas alrededor de las cuales se enrolla el ADN, como mostacillas en un collar, con un tipo diferente de proteína llamada protaminas.

 Afortunadamente, el óvulo fertilizado sabe cómo llegar a los genes preciosos que te ayudaron a hacerte.

Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego descubrieron que la enzima SPRK1 lidera el primer paso para desenredar el genoma de un esperma, eliminando proteínas de empaque especiales, que abren el ADN paterno y permiten una reorganización importante, todo en cuestión de horas. .

Estas historias se encuentran entre muchas de las entregas justo a tiempo en células vivas. Muestran un diseño inteligente en el trabajo no solo en las secuencias de los bloques de construcción, y la forma de las maquinarias que construyen, sino también el elemento de tiempo que les asegura que lleguen al lugar correcto en el momento correcto.

Crédito de la foto: Obi Onyeador a través de Unsplash.

Artículo originalmente publicado en inglés por Evolution News & Science Today