Los seres humanos pueden sobrevivir sin el gen clave de la autofagia
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Los cambios genéticos que provocan la pérdida casi total o total de una proteína llamada 7 relacionada con la autofagia (ATG7) están asociados con trastornos complejos del neurodesarrollo en humanos, según un estudio publicado el 24 de junio en The New England Journal of Medicine. La proteína, que controla Se pensó que un paso crucial en un proceso de reciclaje intracelular llamado autofagia era esencial para la supervivencia, porque los ratones knockout para ATG7 mueren poco después del nacimiento.
La autofagia es un proceso de degradación intracelular que previene la acumulación de proteínas y organelos dañados y libera nutrientes esenciales durante los momentos de deficiencia. Durante el proceso de varios pasos, una membrana de doble capa comienza a formarse alrededor de la carga molecular destinada a la degradación, formando un cuerpo llamado autofagosoma. A medida que se forma, la membrana se decora con proteínas que ayudan a recoger la carga. Una vez completamente formado, el autofagosoma se fusiona con un lisosoma y su contenido se degrada química y enzimáticamente. Estudios previos han encontrado que ATG7 es importante para varios pasos en la formación y maduración del autofagosoma.
Ver infografía: Cómo funciona la autofagia
Diagrama que muestra los pasos de la autofagia El autor principal del estudio, Rob Taylor, dice que su laboratorio en el Centro Wellcome para la Investigación Mitocondrial en el Reino Unido estudia cómo la disfunción mitocondrial causa enfermedades humanas. Hace unos años, el centro, que diagnostica y trata a pacientes con trastornos mitocondriales raros, fue contactado por una familia con dos niños que tenían un conjunto similar de síntomas, incluyendo dificultades de aprendizaje, ataxia (incapacidad para controlar los movimientos del cuerpo), dismorfismo facial y anomalías cerebrales. Cuando los investigadores realizaron la secuenciación del exoma completo en el ADN de las hermanas, en lugar de encontrar problemas con las mitocondrias, descubrieron que portaban mutaciones recesivas con pérdida de función en ambos alelos ATG7 .
Simplemente nos hizo sentarnos y decir, bueno, no trabajamos en autofagia, pero esto es realmente interesante, recuerda Taylor. Y ese fue el comienzo.
Después de identificar las variantes de ATG7, el equipo recolectó células y buscó la proteína ATG7 mediante transferencia Western. Y he aquí, dice Taylor, no pudimos detectar nada de la proteína ATG7. Esto fue realmente interesante, dice, porque iba completamente en contra del dogma de que esta proteína era esencial.
Para ser honesto, basándonos en las variantes genéticas, anticipamos que no habría proteína ATG7, dice el primer autor Jack Collier. Pero ver los datos experimentales con tus propios ojos después de leer acerca de estos ratones con deficiencia de autofagia que mueren en 24 horas, dice, todavía fue un poco impactante.
Durante los siguientes años, los investigadores utilizaron la herramienta GeneMatcher para conectarse con otras cuatro familias de todo el mundo que también tenían mutaciones recesivas graves en ATG7 y síntomas similares a los del primer grupo de pacientes. Algunos también sufrieron convulsiones o usaron sillas de ruedas.
Para descubrir las consecuencias funcionales de la pérdida de ATG7, el equipo agregó los genes de los pacientes en fibroblastos de ratón con ATG7-knockout y observó un reducción en la autofagia en comparación con los fibroblastos con el alelo de tipo salvaje. Y cuando los investigadores cultivaron células de la piel de los pacientes, vieron que algunos pacientes tenían reducciones dramáticas en el flujo autofágico, la velocidad a la que ocurre la autofagia, en comparación con los controles sanos.
Alicia, bióloga de la Universidad de la Ciudad de Nueva York, Queens. Melndez, que no participó en el estudio, dice que las muestras de los pacientes son lo que le pareció más interesante e inusual del estudio. [Los investigadores] aíslan las células de la biopsia y luego analizan el flujo de autofagia.
Sorprendentemente, no todos los pacientes tuvieron una pérdida total de autofagia.
Micrografía electrónica que muestra autofagosomas en el arriba a la derecha y abajo a la izquierda, y un autolisosoma en la parte superior izquierdaROb taylor y jack collier
Cuando el gen no es funcional en los pacientes, no elimina por completo la autofagia, porque [los investigadores] encuentran los autofagosomas, dice Patricia Boya, bióloga celular en el Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas. Boya ha colaborado anteriormente con uno de los coautores del estudio, pero no participó en el trabajo actual. Medicina en el Monte Sinaí. Él dice que el hallazgo sugiere que el cuerpo humano tiene la capacidad de compensar parte de la función de autofagia, a diferencia de los modelos de ratón. Boya sugiere que debido a que la autofagia es tan importante, puede haber vías de autofagia independientes de ATG7. fibroblastos de los pacientes, recuperó la expresión de ATG7 y los marcadores de formación de autofagosomas a niveles normales, lo que le sugirió a Yue que la terapia génica que restaura una copia funcional de ATG7 podría ser beneficiosa para los pacientes en el futuro.
Otro hallazgo sorprendente fue que el grado de eliminación de ATG7 no coincidía con la gravedad de los síntomas de los pacientes. De hecho, Collier dice que lo contrario era cierto. Los pacientes con una ausencia total de ATG7 muestran el fenotipo clínico más leve, aunque tienen el defecto bioquímico más grave en la autofagia, dice, mientras que los pacientes con el deterioro más leve de la autofagia muestran los fenotipos clínicos más graves. Él dice que el equipo está interesado en hacer un seguimiento de esto para tratar de averiguar por qué. Sabemos que la autofagia es muy importante para el sistema nervioso, dice Yue, y agrega que el deterioro de la autofagia se ha relacionado con múltiples enfermedades neurodegenerativas importantes, como el Alzheimer, el Parkinson, la ELA y la enfermedad de Huntington. Pero un gen central de autofagia como ATG7 nunca se ha relacionado directamente con una enfermedad del neurodesarrollo en humanos, dice.
Melndez señala que es posible que ATG7 pueda tener un papel fuera de la autofagia que está relacionada con los síntomas del paciente. Mientras que otros genes relacionados con la autofagia se han asociado con enfermedades neurológicas, muchas de estas proteínas también tienen otras funciones.
Un próximo paso será observar la autofagia en las neuronas humanas, dice Yue, quizás por crear células madre pluripotentes inducidas a partir de las células de la piel y diferenciarlas en neuronas. Taylor dice que su grupo ya está planeando este trabajo de seguimiento.
Hay mucho más trabajo que queremos hacer en el futuro, dice Taylor, tomando esto en otros sistemas modelo y generando líneas de células neuronales e intentando buscar en tejidos fisiológicamente más relevantes derivados del paciente.