Los genetistas rusos han descubierto una proteína “espacial” responsable del correcto funcionamiento de las células nerviosas.

Las moscas mueren sin esta proteína, y las personas sufren de autismo o esquizofrenia debido a la falta de su análogo. Científicos rusos del Instituto de Biología Genética de la Academia Rusa de Ciencias, junto con colegas de la Universidad de Princeton (EE. UU.), descubrieron una nueva proteína responsable del correcto funcionamiento de los genes que controlan el sistema nervioso. Dado que los bucles de ADN que esta proteína forma se representan en el diagrama como un arco que se asemeja a la trayectoria de un cohete, los autores la denominaron Vostok, en honor a la primera nave espacial tripulada. Los resultados del trabajo se publicaron en la revista Molecular Cell.

La compleja forma en que funcionan las neuronas en todos los seres vivos es uno de los temas científicos más urgentes. Esta complejidad exige una regulación muy precisa de los genes: algunos deben funcionar activamente, mientras que otros deben estar desactivados de forma fiable.

En los núcleos de las diferentes células, el ADN se pliega en estructuras tridimensionales especiales (diferentes en cada célula), de las cuales depende la actividad de los genes necesarios para su funcionamiento. En las neuronas, el correcto plegamiento de la cadena de ADN es especialmente importante, ya que la regulación precisa de los genes en ellas garantiza tanto el desarrollo de las propias células como sus conexiones con las células vecinas.

Referencia "MK". El ADN (ácido desoxirribonucleico) es una macromolécula que garantiza el almacenamiento, la transmisión intergeneracional y la implementación del programa genético de desarrollo y funcionamiento de los organismos.

El estudio se realizó con larvas de mosca de la fruta, el animal de laboratorio más pequeño, cuyos mecanismos reguladores son, sin embargo, muy similares a los de los humanos. Los científicos no comprendían del todo cómo se controla el plegamiento del ADN en las células cerebrales de la mosca, lo que lo organiza en bucles con una configuración específica (las células nerviosas tienen más bucles que cualquier otra célula), lo que permite que las proteínas reguladoras se acerquen a los genes necesarios. Más precisamente, solo se conocía una proteína implicada en los bucles reguladores: GAF. Sin embargo, cuando se desactivaba, es decir, se bloqueaba su función, solo una parte de los bucles se perdía en los núcleos de las células nerviosas. Como resultado, los científicos se fijaron un objetivo: encontrar una nueva proteína que tejiera los bucles restantes.

Según informó la Fundación Rusa de Ciencias a MK, especialistas descubrieron esta proteína en el cerebro de la Drosophila. Participa en el empaquetamiento tridimensional del ADN en los núcleos de las células nerviosas, junto con el GAF. Dado que sus bucles, al ser transferidos al diagrama, se asemejaban mucho a la trayectoria de un cohete, la proteína recibió el nombre de Vostok, en honor a la primera nave espacial tripulada. Vostok se une a ciertas secciones del ADN y forma bucles en él, necesarios para el desarrollo del sistema nervioso.

Para comprobar esta función, los genetistas utilizaron el método de edición genética CRISPR-Cas9. En otras palabras, crearon larvas mutantes con el gen Vostok desactivado. Al analizar estas larvas en busca de bucles de ADN en los núcleos de las células nerviosas, se descubrió que presentaban un 7 % menos de estos que las larvas normales de la mosca de la fruta.

— Por cierto, en nuestro estudio observamos que los bucles formados con la participación de la proteína Vostok diferían de aquellos de los que es responsable la proteína GAF previamente conocida —explica el jefe del grupo de investigación, el doctor en Ciencias Biológicas Maxim Erokhin—. Esto indica que estos dos reguladores funcionan independientemente uno del otro, y ambos son importantes para el correcto plegamiento del ADN.

Los investigadores también comprobaron cómo la ausencia de una proteína específica en las larvas mutantes afectaba la condición de los insectos. Según Erokhin, al desactivar la GAF en los sujetos de prueba, estos morían en la etapa larvaria, y al desactivar la proteína Vostok, vivían un poco más, hasta la etapa de pupa, pero aún así morían más tarde. Es decir, la ausencia de cada proteína individual en el ADN de las larvas de Drosophila les impidió desarrollarse hasta la edad adulta.

Por cierto, resultó que cuando tanto Vostok como GAF se "desactivan" en Drosophila, solo se pierde alrededor del 15% de los bucles de ADN en total, lo que significa que hay otras proteínas aún no descubiertas con propiedades similares que son responsables de la compleja estructura de la macromolécula.

—¿Los humanos tienen proteínas GAF y Vostok? —pregunto a Maxim Erokhin.

No existen análogos directos de estas proteínas en humanos. Sin embargo, utilizamos la Drosophila como modelo porque nuestro organismo se rige por la misma lógica: las proteínas son diferentes a simple vista, pero tienen la misma función y control, creando bucles de ADN similares para activar uno u otro gen.

– ¿Se conocen las proteínas humanas responsables de esto?

Hasta ahora, solo una: CTCF, cuya ausencia puede provocar demencia, autismo o esquizofrenia. Esta proteína se está estudiando intensamente, pero aún no podemos afirmar que comprendamos completamente su mecanismo de acción.

Según Daria Chetveryna, autora principal del estudio y candidata a doctora en ciencias biológicas y jefa del grupo de epigenética del Instituto de Genética de la Academia Rusa de Ciencias, el método de búsqueda de Vostok será útil para que los científicos descubran nuevas proteínas en humanos. También es posible que, con la ayuda de la proteína Vostok, al producirse en células humanas, los especialistas puedan crear deliberadamente los bucles de ADN necesarios. Sin embargo, esto es un tema para un futuro más lejano, relacionado con una nueva dirección en biología: la genómica 3D, que estudia diversas funciones del ADN.