La investigación muestra que el sistema inmunitario humano utiliza una familia antigua de proteínas de muerte celular que también se encuentran en las bacterias
Crédito: CC0 Public Domain
El sistema inmunitario humano, esa maravilla de complejidad, sutileza y sofisticación, incluye un familia de proteínas utilizadas por las bacterias para defenderse de los virus, han descubierto científicos del Instituto del Cáncer Dana-Farber y en Israel.
Los hallazgos, publicados hoy en línea por la revista Science, son los últimos de un creciente cuerpo de evidencia de que los componentes de nuestro sistema inmunológico, como un escudo avanzado contra la enfermedad que existe en el planeta, evolucionaron temprano en formas de vida antiguas. El estudio muestra que el sistema inmunitario absorbió elementos ya existentes y, durante eones de evolución, los utilizó de formas novedosas para cumplir con los requisitos de criaturas tan biológicamente complicadas como los seres humanos.
«Ha habido una enorme cantidad de trabajo de investigadores de todo el mundo para comprender cómo funciona el sistema inmunitario humano», dice el autor principal del estudio, Philip Kranzusch, Ph.D., de Dana-Farber. «El descubrimiento de que las bacterias comparten partes clave de la inmunidad humana proporciona un nuevo modelo para la investigación en esta área».
Las proteínas en el centro del estudio se conocen como gasderminas. Cuando una célula se infecta o se vuelve cancerosa, las gasderminas forman poros que perforan agujeros en su membrana, provocando su muerte. Sustancias conocidas como citocinas inflamatorias se filtran de los orificios, lo que indica la presencia de una infección o cáncer y hace que el sistema inmunitario acuda en defensa del cuerpo.
Este proceso, llamado piroptosis, es una faceta del repertorio del sistema inmunitario para matar células enfermas o infectadas. Complementa el proceso más conocido de apoptosis, en el que las células lisiadas o infectadas se autodestruyen después de sufrir daños. «La piroptosis representa una de las formas más rápidas en que el sistema inmunológico innato [la primera línea de defensa del cuerpo contra los patógenos] responde a amenazas potenciales», dice el coautor del nuevo estudio, Alex Johnson, Ph.D., de Dana-Farber. .
El genoma humano contiene el código de seis proteínas de gasdermina, que se expresan en niveles variables en diferentes tipos de células. Para el estudio actual, Johnson y sus colegas exploraron si los ancestros de cualquiera de estas proteínas existían en las bacterias.
Tenían buenas razones para pensar que podrían existir. En 2019, Kranzusch y sus colegas descubrieron que una vía de señalización inmunitaria humana llamada cGAS-STING, que detecta anomalías relacionadas con el cáncer y la infección, se originó en bacterias. «Este y otros descubrimientos nos motivaron a buscar conexiones adicionales entre las proteínas relacionadas con el sistema inmunitario en las células humanas y bacterianas», señala Kranzusch.
Coautora principal Tanita Wein, Ph.D., coautora principal Rotem Sorek, Ph.D., y sus colegas del Instituto de Ciencias Weizmann, en Israel, analizaron secciones de ADN bacteriano conocidas como «islas de defensa antifago» porque contienen grupos de genes que protegen a las bacterias de la infección por virus conocidos como fagos. Identificaron 50 genes bacterianos que predijeron dar lugar a proteínas cuya estructura era similar a la de las proteínas de gasdermina en mamíferos.
«Determiné una serie de estructuras de estas proteínas utilizando cristalografía de rayos X, que confirmó a nivel atómico detalle su similitud arquitectónica con los gasdermins de los mamíferos», relata Johnson. Los tipos de bacterias que albergan estas proteínas están muy extendidos y viven en el suelo, las hojas y otros hábitats naturales. (La bacteria en particular más estudiada en la investigación de Johnson se identificó por primera vez en una planta de maíz en Wisconsin).
Johnson’s El trabajo estructural mostró que, si bien las gasderminas humanas y bacterianas son estructuralmente similares, las versiones bacterianas tienden a ser aproximadamente la mitad de grandes, pero sirven como bloques de construcción para los poros de la membrana más grandes que los que se ven en los humanos. Todas estas gasderminas se activan mediante un mecanismo similar, pero la cadena de eventos que desencadenan es mucho más extensa en las células humanas. En las células bacterianas, la infección viral puede hacer que las células mueran debido a la perforación de las membranas, lo que detiene a los virus en seco. En las células humanas, la muerte de una célula infectada desencadena una cascada de eventos que hace que otros elementos del sistema inmunitario influyan en la infección.
«Este es un ejemplo de una forma de defensa muy primitiva, que en humanos se ha adaptado y ampliado con sistemas reguladores que permiten que nuestros cuerpos respondan a infecciones o cáncer», dice Kranzusch.
El descubrimiento de rastros de una forma primitiva de inmunidad dentro de la asombrosa complejidad del sistema inmunitario humano El sistema puede ayudar a los investigadores a comprender mejor cómo surgió el sistema. «Ver la versión más simple de una máquina puede brindarle un nuevo nivel de comprensión de la máquina como un todo», comenta Kranzusch. «El mismo principio se puede aplicar a la investigación del sistema inmunitario».
Los coautores del estudio son: Brianna Duncan-Lowey, Ph.D., de Dana-Farber; Megan Mayer, MS, del Centro de Harvard para Microscopía Crio-Electrónica; y Erez Yimiya, Yaara Oppenheimer-Shaanan, Ph.D., y Gil Amitai, Ph.D., del Instituto Weizmann.
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Las bacterias y las plantas luchan por igual Más información: Alex G. Johnson et al, Las gasderminas bacterianas revelan un mecanismo antiguo de muerte celular, Science (2022). DOI: 10.1126/ciencia.abj8432. Información de la revista: Science
Proporcionado por Dana-Farber Cancer Institute Cita: La investigación muestra que el sistema inmunitario humano utiliza una familia antigua de proteínas de muerte celular que también se encuentran en las bacterias (2022 , 13 de enero) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-01-human-immune-ancient-family-cell.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.