Investigadores del Instituto de Ciencias de la Vida de la Universidad de Michigan han identificado un nuevo tipo de mecanismo de defensa de respuesta rápida que ayuda a proteger las células del estrés ambiental al tiempo que les da a los sistemas de protección más lentos y conocidos tiempo para actuar.
"Es como un primer respondedor apresurándose a una alarma mientras el equipo de respuesta más grande se moviliza", dijo Natsuko Jin, investigador postdoctoral en el laboratorio del miembro de la facultad de LSI Lois Weisman y autor principal de un estudio que se publicará el 21 de junioel Revista de biología celular .
Generalmente, cuando las células se someten a estrés, los mecanismos de adaptación se activan. Accionan maquinaria transcripcional y, a través de la expresión génica, la célula produce nuevas proteínas para responder al estrés y mantenerse con vida.
En la levadura, un organismo unicelular que a menudo se usa para estudiar la biología celular fundamental, también se observó un tipo de respuesta mucho más rápido: un pico inmediato y de corta duración en la producción de un lípido de señalización que generalmente se ve solo en forma minúsculacantidades.
Cuando los científicos hicieron un cortocircuito en la capacidad de la levadura para generar esta respuesta rápida, la levadura sucumbió a un estrés ambiental a tasas catastróficas.
"Esta es la primera vez que se identifica una vía de protección temprana que funciona más rápido que la expresión génica", dijo Jin. "Dado que muchos de los jugadores clave han sido preservados por la evolución hacia las personas y otros mamíferos, nuestras investigaciones sugieren esto yotros tipos de vías de protección temprana pueden existir de manera más amplia, y pueden responder a diferentes tipos de estrés celular ".
Para este estudio, la levadura se colocó en un ambiente con una alta concentración de sal, lo que los científicos llaman alta osmolaridad. En pocos minutos, cada célula responde activando una cascada de señalización que activa una proteína quinasa clave: Hog1- que viaja desde el citoplasma de la célula al núcleo, donde promueve cambios en la expresión génica. Estos cambios en la expresión génica tardan entre 30 minutos y una hora en comenzar a tener efecto, y hasta dos horas para activarse por completo.
Mientras tanto, los investigadores también observaron un pico agudo e inmediato en un lípido de señalización conocido como PI3,5P2, que es producido por un orgánulo llamado vacuola en la levadura. La vacuola de la levadura es similar al lisosoma en organismos complejos.
"En un minuto ves una elevación cinco veces mayor de este lípido", dijo Weisman, autor principal del estudio y profesor de biología celular y del desarrollo en la Facultad de Medicina de la UM. "En cinco minutos, es un aumento de 20 vecesLuego, sin que nosotros hagamos nada más a las células, se estabiliza y cae ".
Cuando la levadura normal se puso en este ambiente con alto contenido de sal o hiperosmótica durante cuatro horas, la mayoría funcionó bien.
Cuando los investigadores utilizaron la manipulación genética para eliminar la conocida vía de respuesta a largo plazo que produce Hog1, el 30 por ciento de las células murieron.
"Aún así, el 70 por ciento estuvo bien", dijo Weisman.
Pero cuando eliminaron la capacidad de la célula para producir PI3,5P2, el 80% murió.
"Entonces sabemos que está haciendo algo protector antes de que la expresión del gen entre en acción", dijo. "Si no la tienen, la mayoría muere".
Jin aún no entiende exactamente cómo exactamente PI3,5P2 transmite un beneficio a la célula, dijo Jin. El estudio actual examinó los reguladores aguas arriba del lípido de señalización, y demostró que eran distintos tanto en el tiempo como en el espacio de la acción de la vía Hog1.
También dijo que si bien la observación de que los picos de PI3,5P2 en condiciones hiperosmóticas se remontan a fines de la década de 1990, su papel no había sido claro previamente. La investigación de Jin comenzó con el deseo de comprender qué causa el pico y qué papel fisiológico podría desempeñar.
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Materiales proporcionados por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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