El CNIO profundiza en un proceso clave para la división celular que abre la puerta al tratamiento de enfermedades

Investigadores del Centro de Regulación Genómica (CRG), el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IBMB-CSIC) han logrado el equivalente a construir una película que muestra cómo las células humanas inician la formación de sus microtúbulos, sentando las bases de futuros avances en el tratamiento de enfermedades que van desde el cáncer a los trastornos del neurodesarrollo.

Los investigadores del estudio, publicado en 'Science', explican que las células se dividen constantemente. Con cada división, la información genética contenida en los cromosomas se duplica, y cada célula hija recibe una copia completa del material genético.

Es un proceso sofisticado que implica refinados y veloces cambios dentro de la célula. Para hacerlos posibles, la célula cuenta con los microtúbulos, estructuras diminutas con forma, efectivamente, de tubo. Este estudio ayuda a entender cómo se forman.

Los microtúbulos, además de ser claves para la división celular, actúan como autopistas para transportar componentes celulares entre zonas distintas de la célula. También son elementos estructurales que dan forma a la propia célula, entre otras tareas. Entender bien su formación tiene implicaciones para múltiples áreas de la biomedicina.

UN ANILLO MOLECULAR QUE DISPARA LA FORMACIÓN DE MICROTÚBULOS

Las imágenes en alta resolución ahora obtenidas responden una pregunta que lleva años en el aire: cómo empieza la formación de los microtúbulos en las primeras etapas de la división celular.

Ahora se sabe que todo arranca cuando se cierra, formando un anillo, una compleja estructura formada por varias proteínas llamada gTuRC.

El nuevo trabajo del CRG y el CNIO desvela el mecanismo por el que gTuRC se cierra en un anillo y se convierte efectivamente en un molde perfecto, capaz de lanzar la formación de los microtúbulos. El cierre de gTuRC se produce cuando se le engancha la primera pieza molecular de un microtúbulo.

Visualizar este proceso ha requerido purificar gTuRC de células humanas y reproducir el proceso de iniciación de los microtúbulos en el tubo de ensayo. Las muestras se han observado con crío-microscopios electrónicos y en el análisis de datos se ha empleado inteligencia artificial.

UN MILLÓN DE FOTOGRAMAS DE UNA PELÍCULA A ESCALA ATÓMICA

Uno de los retos ha sido enfrentarse a la alta velocidad del proceso de construcción de los microtúbulos. El grupo del CRG consiguió ralentizarlo en el laboratorio, y además detener el crecimiento de los microtúbulos para poder analizar las etapas iniciales del proceso.

Los microtúbulos en construcción se observaron en la Plataforma de Criomicroscopía Electrónica del IBMB-CSIC, situada en el Centro Conjunto de Microscopía Electrónica (JEMCA), dentro del Sincrotrón ALBA.

En la práctica, tener más de un millón de microtúbulos en distintas fases de crecimiento equivale a contar con muchos fotogramas de una película en alta resolución. Solo hay que ordenarlas de la manera correcta, para ver la película en marcha. Esa labor correspondió al equipo del CNIO, que recurrió para completarla a técnicas de inteligencia artificial.

IMPLICACIONES PARA LA SALUD

Como explica el director del programa de Biología Estructural del CNIO y coautor principal del trabajo, Óscar Llorca, "este hallazgo es relevante porque se ha abordado un mecanismo muy básico de la división celular, que no se sabía cómo ocurría en los seres humanos".

Es un conocimiento básico útil para aprender a corregir los errores en el funcionamiento de los microtúbulos, que se asocian al cáncer, a trastornos del desarrollo neurológico y a otras afecciones que van desde los problemas respiratorios a las cardiopatías.

"Algunos de los fármacos utilizados hoy para tratar el cáncer impiden la formación o la dinámica de los microtúbulos", dice Llorca. "Sin embargo, estos fármacos afectan a los microtúbulos indiscriminadamente, tanto en células de cáncer como en sanas, dando lugar a efectos secundarios. Conocer en detalle cómo se forman los microtúbulos puede contribuir al desarrollo de tratamientos más dirigidos que afecten la formación de microtúbulos y permitan avanzar en el tratamiento del cáncer y de otras enfermedades", ha subrayado.

SIGUIENTE PASO: ENTENDER LA REGULACIÓN

Por su parte, el también co-autor Thomas Surrey ha explicado los pasos siguientes en el conocimiento de los microtúbulos, que pasan por entender cómo se regula la formación.

"El proceso de nucleación decide dónde están los microtúbulos en una célula y cuántos tiene. Es probable que los cambios conformacionales que observamos estén controlados por reguladores aún por descubrir en las células. En otros estudios se han descrito varios candidatos, pero su mecanismo de acción no está claro", ha explicado.

Los próximos trabajos podrían transformar la comprensión del funcionamiento de los microtúbulos y, con el tiempo, "ofrecer sitios alternativos a los que uno podría querer dirigirse para impedir que las células cancerosas sigan el ciclo celular", concluye Surrey.