Las células deben utilizar los recursos de nutrientes de la manera más eficiente posible para garantizar la supervivencia. Esto implica un intrincado equilibrio entre la síntesis y la degradación de los componentes celulares, el último de los cuales se puede utilizar para liberar metabolitos de componentes innecesarios durante períodos de estrés. Autofagiaes una vía de degradación intracelular clave que se desencadena en tales condiciones. La autofagia captura y transporta material celular a un compartimento especial llamado vacuola o lisosoma en las células animales, donde se degradan para producir metabolitos básicos como los aminoácidos, que son losbloques de construcción de proteínas. Estos metabolitos pueden luego ser devueltos al citoplasma para ser reutilizados por la célula.
¿Cómo se usan exactamente estos metabolitos derivados de la autofagia? Si bien los científicos han descubierto que este reciclaje es importante, no se sabe dónde se necesitan los metabolitos en la célula.
Para abordar esta pregunta, investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech, Japón, y la Universidad de Monash, Australia, incluido el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2016, el Dr. Yoshinori Ohsumi, se propusieron identificar cómo los metabolitos derivados de la autofagiason utilizados por las células. Sus hallazgos se han publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
El Dr. Alexander I. May, autor principal del artículo, explica: "Queríamos comprender mejor la fisiología de la autofagia, que es una pregunta de larga data en el campo de la investigación de la autofagia. Transferimos células de levadura mutantes,que son incapaces de autofagia, desde un medio de glucosa a un medio de etanol, lo que obliga a estas células a adaptarse al crecimiento respiratorio de una manera muy fácil de observar. Este cambio en la respiración requiere un gran aumento de la función mitocondrial y, por lo tanto, implica la remodelación de la masade la maquinaria metabólica de la célula. Descubrimos que la levadura defectuosa en autofagia tardó más en adaptarse al crecimiento respiratorio que las células de levadura normales, y trabajamos al revés a partir de esta observación para descubrir por qué ".
El equipo luego examinó con más detalle las células que experimentan la transición de la fermentación, cuando las células de levadura descomponen la glucosa en etanol en el citosol para obtener energía, hasta la respiración, durante la cual se utilizan otros carbohidratos para producir energía en las mitocondrias. Descubrieron queesta transición desencadena la autofagia, lo que sugiere que las células necesitan reciclar metabolitos para adaptarse a la respiración.
¿Qué metabolitos derivados de la autofagia ayudan a facilitar el crecimiento respiratorio? Para averiguarlo, el grupo primero buscó nutrientes que pudieran reciclarse mediante autofagia para apoyar el crecimiento, agregando metabolitos individualmente a cultivos mutantes con autofagia defectuosa y probando si cada metabolito podía ayudarLas células se adaptan a la respiración y, por lo tanto, apoyan el crecimiento normal. Resultó que el aminoácido serina es capaz de rescatar la adaptación retardada de las células mutantes de la autofagia al crecimiento respiratorio.
Luego, los autores preguntaron cómo la serina ayuda a las células a comenzar la respiración. La serina se alimenta de una importante vía metabólica mitocondrial llamada metabolismo de un carbono. Esta vía juega un papel central en el inicio de la síntesis de proteínas en las mitocondrias. Aunque son pocas, estas proteínasson absolutamente críticos para la respiración mitocondrial. El Dr. May y sus colegas demostraron que los marcadores clave del metabolismo mitocondrial de un carbono se alteraron en las células mutantes de autofagia, y que la adición de serina a estas células restableció el metabolismo de un carbono y la síntesis de proteínas mitocondriales.
Al explicar los resultados de este estudio, el Dr. May dice: "En las levaduras que se adaptan al crecimiento respiratorio, la autofagia juega un papel central en el suministro de serina a las mitocondrias, que de otra manera experimentan un déficit crítico de serina. La serina es utilizada por numerosas vías en la célulaademás de la respiración mitocondrial, lo que sugiere que existe competencia entre estas vías. En un nivel más conceptual, nuestros hallazgos indican que la autofagia proporciona vías adaptativas clave con suficientes precursores, lo que permite el despliegue más eficiente de los recursos celulares durante su adaptación a las fluctuaciones ambientales.es fundamental cuando la concentración de metabolitos importantes se reduce durante períodos de estrés, como la transición glucolítica a respiratoria, cuando la competencia entre las vías celulares por recursos limitados actúa como un cuello de botella en el crecimiento "
Además de promover nuestra comprensión fundamental de la autofagia, este estudio establece un vínculo aún desconocido entre la autofagia y el metabolismo de un carbono, que se sabe que desempeña un papel importante en el metabolismo de las células cancerosas. Los resultados pueden proporcionar a los investigadores médicos el desarrollo de estrategias terapéuticascon una nueva herramienta para atacar las células cancerosas.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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