En una serie de experimentos que comenzaron con amebas, organismos unicelulares que extienden apéndices en forma de vainas para moverse, los científicos de Johns Hopkins Medicine dicen que han identificado una vía genética que podría activarse para ayudar a eliminar la mucosidad de los pulmones depersonas con enfermedad pulmonar obstructiva crónica una enfermedad pulmonar generalizada.
"Los médicos-científicos y los biólogos fundamentales trabajaron juntos para comprender un problema en la raíz de una enfermedad humana importante, y el problema, como sucede a menudo, se relaciona con la biología central de las células", dice Doug Robinson, Ph.D.,profesor de biología celular, farmacología y ciencias moleculares, medicina división pulmonar, oncología e ingeniería química y biomédica en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins.
La enfermedad pulmonar obstructiva crónica EPOC es la cuarta causa principal de muerte en los EE. UU. Y afecta a más de los 15 millones de adultos, según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de EE. UU. La enfermedad hace que los pulmones se llenen de moco y flema, y las personas con EPOC experimentan tos crónica, sibilancias y dificultad para respirar. El tabaquismo es la principal causa en hasta tres cuartas partes de los casos de EPOC, y no existe cura o tratamiento efectivo disponible a pesar de décadas de investigación.
En un informe sobre su nuevo trabajo, publicado el 25 de febrero en la Revista de ciencia celular , los investigadores dicen que adoptaron un nuevo enfoque para comprender la biología del trastorno al enfocarse en un organismo con una estructura biológica mucho más simple que las células humanas para identificar genes que podrían proteger contra los químicos dañinos en el humo del cigarrillo.
Robinson y su colaborador, Ramana Sidhaye, MD, también profesor de medicina en la División de Neumología de Johns Hopkins, con su ex miembro del laboratorio Corrine Kliment, MD, Ph.D., contaron con el conocimiento de que a medida que las especies evolucionaron,Las vías genéticas se conservaron con frecuencia en todo el reino animal.
Ingrese a la ameba Dictyostelium discoideum que habita en el suelo, que se ha estudiado durante mucho tiempo para comprender el movimiento y la comunicación celular. Los científicos bombearon humo de cigarrillo de grado de laboratorio a través de un tubo y lo burbujearon en los nutrientes líquidos que bañan a la ameba. Luego, los científicos utilizaronameba diseñada para identificar genes que podrían proporcionar protección contra el humo.
Al observar los genes que proporcionaron protección, creando células "supervivientes", una familia de genes se destacó entre el resto: translocasa de nucleótido de adenina ANT. Las proteínas producidas por este grupo de genes se encuentran en la membrana, o superficie, dela estructura energética de una célula, conocida como mitocondrias. Por lo general, las mitocondrias ayudan a producir el combustible que las células usan para sobrevivir. Cuando un gen ANT es altamente activo, las células mejoran en la producción de combustible, protegiéndolas del humo.
Kliment, Robinson y el equipo sospecharon que también ayudan a las amebas a superar los efectos dañinos del humo del cigarrillo.
Para comprender mejor cómo se comportan los genes ANT en humanos, los científicos estudiaron muestras de tejido de células que recubren los pulmones tomadas de 28 personas con EPOC que fueron tratadas en la Universidad de Pittsburgh y compararon la actividad genética de las células pulmonares con células de 20 personas confunción pulmonar normal.
Los científicos encontraron que los pacientes con EPOC tenían aproximadamente un 20% menos de expresión genética del gen ANT2 que aquellos con función pulmonar normal. También encontraron que los ratones expuestos al humo pierden la expresión del gen ANT2.
A continuación, Robinson, Kliment y su equipo de investigación buscaron descubrir cómo ANT2 podría proporcionar protección contra los productos químicos del humo del cigarrillo y, en el proceso, descubrieron algo completamente inesperado.
Las células que recubren los pulmones usan proyecciones en forma de dedos llamadas cilios para barrer el moco y otras partículas fuera de los pulmones. En los mamíferos, incluidas las personas, los científicos descubrieron que el gen ANT2 produce proteínas que se localizan en los cilios y alrededor de ellos que funcionan para liberar pequeñas cantidadesdel combustible de la célula en una sustancia acuosa junto a la célula. El combustible mejora la capacidad de los cilios de "batir" rítmica y regularmente para barrer el moco.
"En los pacientes con EPOC, la mucosidad se vuelve demasiado espesa para salir de los pulmones", dice Robinson.
El equipo de Johns Hopkins Medicine descubrió que, en comparación con las células pulmonares humanas con función ANT2 normal, los cilios de las células pulmonares humanas que carecen de ANT2 vencen un 35% menos eficazmente cuando se exponen al humo. Además, el líquido acuoso junto a la célula era aproximadamente la mitadla altura de las células normales, lo que sugiere que el líquido era más denso, lo que también puede contribuir a tasas de latido más bajas.
Cuando los científicos diseñaron genéticamente las células pulmonares para que tuvieran un gen ANT2 hiperactivo y las expusieran al humo, los cilios de las células latían con la misma intensidad que las células normales no expuestas al humo. La capa acuosa junto a estas células era aproximadamente 2,5 vecesmás alto que el de las células que carecen de ANT2.
"Las células son buenas para reutilizar procesos celulares en todas las especies, y en nuestros experimentos, encontramos que los mamíferos han reutilizado el gen ANT para ayudar a entregar señales celulares para construir la capa de hidratación apropiada en las vías respiratorias", dice Robinson. "Quién lo hubiera pensadoque una proteína mitocondrial también podría vivir en la superficie celular y ser responsable de ayudar a los cilios de las vías respiratorias a latir y moverse? "
Robinson dice que la investigación adicional puede producir descubrimientos para desarrollar terapia génica o medicamentos para agregar la función ANT2 nuevamente a las células del revestimiento del pulmón como un tratamiento potencial para la EPOC.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Medicina de Johns Hopkins . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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