Un nuevo modelo de envejecimiento de la levadura

WIKIMEDIA COMMONS, MASUR

Cuando las células de levadura se dividen, retienen sus propias proteínas dañadas para producir células hijas con citoplasmas inmaculados, esencialmente restableciendo su edad y dando al linaje inmortalidad. Si bien una década de investigación ha indicado que el citoesqueleto de la madre dispara fibras de actina para regular activamente este proceso, un artículo publicado hoy en Cell da la vuelta a esta teoría y sugiere que la difusión lenta y la geometría celular son todo lo que se necesita para evitar que las proteínas dañadas entren en las nuevas células.

“Lo que hace este artículo es desmitificar algo que es muy fundamental: ¿cómo se genera una célula hija que no llevar los componentes de envejecimiento de una célula envejecida? dijo la bióloga molecular Susan Gasser, directora del Instituto Friedrich Miescher para la Investigación Biomédica en Suiza, quien no participó en la investigación. “Y lo que dice es que es la hipótesis nula”— que la estructura de la célula es suficiente…

Va en contra de muchos datos previos y muchos informes previos que sugieren que los agregados de proteínas dañados se dividen en la célula por proteínas específicas y por el citoesqueleto de actina, dijo el microbiólogo Thomas Nystrm de la Universidad de Gotemburgo, quien tampoco participó en el estudio. No sé qué hacer con esto en este punto, admitió Nystrm, quien todavía no está lista para descartar el modelo de envejecimiento de la levadura existente.

Una cepa genética de levadura puede vivir para siempre en cultivo, pero cada célula individual tiene una vida útil limitada. Con el tiempo, las células acumulan proteínas oxidadas y fragmentos de ADN llenos de errores, lo que ralentiza la reproducción y eventualmente conduce a la versión de levaduras senescentes del envejecimiento y la muerte. Para proteger a su descendencia de la basura celular que se acumula, la célula madre más grande retiene sus moléculas dañadas durante la división celular, al tiempo que desprende un capullo más pequeño y limpio. (Consulte el artículo de 2010 de The Scientist, The Gates of Immortality)

Los estudios genéticos han sugerido que el citoesqueleto de las células madre, que ayuda en la división celular, se une a las proteínas dañadas y las redirige lejos de la hija, manteniéndolos activamente como rehenes. Pero al examinar el citoesqueleto de actina más de cerca, Rong Li, biólogo celular del Instituto Stowers para la Investigación Médica, no pudo reconciliar el modelo. El problema con ese modelo es que requiere que la actina se configure en una orientación específica, dijo Li, el investigador principal del estudio Cell. Pero, durante la mayor parte del ciclo celular, sabemos que la actina no está configurada de esa manera.

Un agregado de proteína rastreado en una célula de levadura antigua CHUANKAI ZHOU, INSTITUTO STOWERS PARA LA INVESTIGACIÓN MÉDICA

Siguiendo los métodos utilizados en el envejecimiento de levadura anterior En sus estudios, Li y sus colegas aplicaron un choque térmico a las células de levadura en crecimiento para generar agregados de proteínas dañadas y etiquetaron las proteínas asociadas con una etiqueta fluorescente. Luego agregaron una toxina derivada de esponja marina para inhibir el crecimiento del citoesqueleto y rastrearon las proteínas utilizando imágenes de células vivas. A pesar de que la célula no podía producir nuevos filamentos de actina, las proteínas no viajaban muy lejos, lo que sugiere que el citoesqueleto no era responsable de la retención de las proteínas dañadas por parte de las células madre.

Los investigadores sospecharon que el estrecho El cuello que dividía la célula madre de la yema hija era lo suficientemente restrictivo como para mantener cautivas a las proteínas. Un modelo matemático desarrollado a partir de datos de movimiento de proteínas en células de levadura en proceso de envejecimiento natural apoyó aún más la hipótesis. La geometría de la célula de levadura y la forma en que se mueven los agregados aseguraría que la gran mayoría de los agregados queden atrapados en la madre, dijo Li. Es una conclusión muy simple, y no es tan emocionante como el modelo anterior.

Sin embargo, los defensores del modelo activo no se han dado por vencidos. Nystrm, que publicó una correspondencia en la misma edición de Cell, analizó casi 400 eventos de gemación natural y descubrió que las proteínas migraban entre la madre y la hija en el 15 por ciento de los casos. Además, cuando eliminó un gen necesario para que la madre construyera su citoesqueleto de actina, se transfirieron significativamente más agregados de proteínas a la yema hija.

Nystrm señaló la metodología de choque térmico como una posible fuente de confusión. . El choque térmico destruye no solo las proteínas sin sentido, sino también el citoesqueleto, dijo. La suposición es que los cables de actina se construyen nuevamente después, pero ¿se vuelven a ensamblar todas las estructuras? se preguntó Nystrm. Hubiera sido bueno ver hasta qué punto esta difusión pasiva que ven se mantendría en un experimento más natural.

Es posible que ambos modelos sean correctos: la difusión pasiva, la geometría del cuello y la unión del citoesqueleto todos contribuyen a evitar que las moléculas dañadas pasen a la célula hija, dijo Jrgen Knoblich, bioquímico y subdirector científico del Instituto de Biotecnología Molecular en Viena, Austria, y no estuvo asociado con el estudio. Se podría imaginar la posibilidad de que haya transporte [activo] en una etapa del ciclo celular pero no en otra.

Dicho esto, agregó Knoblich, los modelos, tal como están escritos, son mutuamente excluyentes, y el nuevo Sin duda, el artículo generará un debate sobre cuál es el correcto y promoverá más investigación en ambos extremos. La teoría [antigua] es muy emocionante, pero al mismo tiempo, la refutación de [esa] teoría también es muy emocionante, dijo Knoblich. Creo que hay muy pocas ideas tan convincentes que alguien pueda publicar un artículo en Cell solo para demostrar que no es cierto.

C. Zhou et al., «Motilidad y segregación de agregados de proteína asociados a Hsp104 en levadura en ciernes», Cell, 147 1186-1196, 2011.

B. Liu et al., «La segregación de agregados de proteínas implica actina y la maquinaria de polaridad», Cell, 147, 2011.

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