La biología de la ameba revela un posible objetivo de tratamiento para la enfermedad pulmonar
Ilustración de los cilios y la hidratación superficial entre las células normales de las vías respiratorias y las afectadas por el humo del cigarrillo. Crédito: Corinne Sandone, Johns Hopkins Medicine
En una serie de experimentos que comenzaron con organismos unicelulares de amebas que extienden apéndices en forma de vaina para moverse, los científicos de Johns Hopkins Medicine dicen que han identificado una vía genética que podría activarse para ayudar a eliminar la mucosidad de los pulmones de las personas con enfermedad pulmonar obstructiva crónica una dolencia pulmonar generalizada.
«Médicos-científicos y biólogos fundamentales trabajaron juntos para comprender un problema en la raíz de una importante enfermedad humana, y el problema, como sucede a menudo, se relaciona con la biología central de las células», dice Doug Robinson, Ph.D. , profesor de biología celular, farmacología y ciencias moleculares, medicina (división pulmonar), oncología e ingeniería química y biomédica en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins.
La enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) es la cuarta principal causa de muerte en los EE. UU., que afecta a más de 15 millones de adultos, según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de EE. UU. La enfermedad hace que los pulmones se llenen de mucosidad y flema, y las personas con EPOC experimentan tos crónica, sibilancias y dificultad para respirar. Fumar cigarrillos es la causa principal de hasta tres cuartas partes de los casos de EPOC, y no existe una cura o un tratamiento eficaz disponible a pesar de décadas de investigación.
En un informe sobre su nuevo trabajo, publicado el 25 de febrero. en el Journal of Cell Science, los investigadores dicen que adoptaron un nuevo enfoque para comprender la biología del trastorno al centrarse en un organismo con una estructura biológica mucho más simple que las células humanas para identificar genes que podrían proteger contra los químicos dañinos en el humo del cigarrillo.
Robinson y su colaboradora, Ramana Sidhaye, MD, también profesora de medicina en la División de Neumología de Johns Hopkins, con su ex miembro del laboratorio Corrine Kliment, MD, Ph.D., contaban con el conocimiento que a medida que evolucionaban las especies, las vías genéticas se conservaban con frecuencia en todo el reino animal.
Ingrese la ameba Dictyostelium discoideum, que habita en el suelo, que se ha estudiado durante mucho tiempo para comprender el movimiento y la comunicación celular. Los científicos bombearon humo de cigarrillo de grado de laboratorio a través de un tubo y lo introdujeron en los nutrientes líquidos que bañan la ameba. Luego, los científicos utilizaron amebas modificadas para identificar genes que podrían brindar protección contra el humo.
Al observar los genes que brindaron protección, creando células ‘supervivientes’, una familia de genes se destacó entre el resto: la adenina nucleótido translocasa (ANT). Las proteínas producidas por este grupo de genes se encuentran en la membrana, o superficie, de la estructura central de energía de una célula, conocida como mitocondria. Por lo general, las mitocondrias ayudan a producir el combustible que usan las células para sobrevivir. Cuando un gen ANT es muy activo, las células mejoran en la producción de combustible, protegiéndolas del humo.
Kliment, Robinson y el equipo sospecharon que también ayudan a la ameba a superar los efectos dañinos del humo del cigarrillo.
Para comprender mejor cómo se comportan los genes ANT en humanos, los científicos estudiaron muestras de tejido de células que recubren los pulmones tomadas de 28 personas con EPOC que fueron tratadas en la Universidad de Pittsburgh y compararon la actividad genética de las células pulmonares con células de 20 personas con función pulmonar normal.
Los científicos encontraron que los pacientes con EPOC tenían aproximadamente un 20 % menos de expresión genética del gen ANT2 que aquellos con función pulmonar normal. También encontraron que los ratones expuestos al humo pierden la expresión del gen ANT2.
Luego, Robinson, Kliment y su equipo de investigación buscaron descubrir cómo ANT2 podría brindar protección contra los químicos del humo del cigarrillo y, en el proceso, descubrieron algo completamente inesperado.
Las células que recubren los pulmones usan proyecciones similares a dedos llamadas cilios para barrer la mucosidad y otras partículas fuera de los pulmones. En los mamíferos, incluidas las personas, los científicos descubrieron que el gen ANT2 produce proteínas que se localizan dentro y alrededor de los cilios y funcionan para liberar pequeñas cantidades del combustible de la célula en una sustancia acuosa junto a la célula. El combustible mejora la capacidad de los cilios para ‘latir’ rítmicamente y con regularidad para barrer la mucosidad.
«En los pacientes con EPOC, la mucosidad se vuelve demasiado espesa para eliminarla de los pulmones», dice Robinson.
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El equipo de Johns Hopkins Medicine descubrió que, en comparación con las células pulmonares humanas con una función normal de ANT2, los cilios de las células pulmonares humanas que carecen de ANT2 superan un 35 % menos de eficacia cuando se exponen al humo. Además, el líquido acuoso junto a la célula tenía aproximadamente la mitad de la altura de las células normales, lo que sugiere que el líquido era más denso, lo que también puede contribuir a reducir la frecuencia de los latidos.
Cuando los científicos diseñaron genéticamente las células pulmonares para tienen un gen ANT2 hiperactivo y las expusieron al humo, los cilios de las células latían con la misma intensidad que las células normales no expuestas al humo. La capa acuosa junto a estas células era aproximadamente 2,5 veces más alta que la de las células que carecen de ANT2.
«Las células son buenas para reutilizar los procesos celulares en todas las especies y, en nuestros experimentos, descubrimos que los mamíferos han reutilizado la ANT gen para ayudar a proporcionar señales celulares para construir la capa de hidratación adecuada en las vías respiratorias», dice Robinson. «¿Quién habría pensado que una proteína mitocondrial también podría vivir en la superficie de la célula y ser responsable de ayudar a que los cilios de las vías respiratorias se muevan y se muevan?»
Robinson dice que la investigación adicional puede producir descubrimientos para desarrollar terapia génica o medicamentos para agregar la función ANT2 nuevamente a las células que recubren los pulmones como un tratamiento potencial para la EPOC.
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Las amebas revelan cómo las células de las vías respiratorias humanas se unen contra el daño causado por el humo del cigarrillo. Más información: Corrine R. Kliment et al, La translocasa de nucleótidos de adenina regula el metabolismo epitelial de las vías respiratorias, la hidratación superficial y la función ciliar , Revista de ciencia celular (2021). DOI: 10.1242/jcs.257162 Información de la revista: Journal of Cell Science
Proporcionado por la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins Cita: La biología de la ameba revela un posible objetivo de tratamiento para el pulmón enfermedad (2021, 13 de abril) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-04-amoeba-biology-reveals-potential-treatment.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.