El sistema inmunitario humano, esa maravilla de complejidad, sutileza y sofisticación, incluye una familia de proteínas de miles de millones de años de antigüedad que utilizan las bacterias para defenderse de los virus, según han descubierto científicos del Instituto del Cáncer Dana-Farber y en Israel.
Los hallazgos, publicados hoy en línea por la revista Ciencia, son los últimos de un creciente cuerpo de evidencia de que los componentes de nuestro sistema inmunitario, un escudo contra las enfermedades tan avanzado como el que existe en el planeta, evolucionaron temprano en formas de vida antiguas. El estudio muestra que el sistema inmunitario absorbió yaelementos existentes y, a lo largo de eones de evolución, ponerlos en uso de formas novedosas para cumplir con los requisitos de criaturas tan biológicamente complicadas como los seres humanos.
"Investigadores de todo el mundo han realizado una gran cantidad de trabajo para comprender cómo funciona el sistema inmunitario humano", dice el autor principal del estudio, Philip Kranzusch, PhD, de Dana-Farber. "El descubrimiento de que partes clave del sistema inmunitario humanola inmunidad compartida en las bacterias proporciona un nuevo modelo para la investigación en esta área".
Las proteínas en el centro del estudio se conocen como gasderminas. Cuando una célula se infecta o se vuelve cancerosa, las gasderminas forman poros que perforan agujeros en su membrana, provocando su muerte. Sustancias conocidas como citoquinas inflamatorias se filtran de los agujeros, señalandola presencia de una infección o cáncer e incitar al sistema inmunitario a acudir en defensa del cuerpo.
Este proceso, llamado piroptosis, es una faceta del repertorio del sistema inmunitario para matar células enfermas o infectadas. Complementa el proceso más conocido de apoptosis, en el que las células lisiadas o infectadas se autodestruyen después de sufrir daños. "La piroptosis representa unade las formas más rápidas en que el sistema inmunitario innato [la primera línea de defensa del cuerpo contra los patógenos] responde a amenazas potenciales", dice el coautor del nuevo estudio, Alex Johnson, PhD, de Dana-Farber.
El genoma humano contiene el código de seis proteínas de gasdermina, que se expresan en niveles variables en diferentes tipos de células. Para el estudio actual, Johnson y sus colegas exploraron si los ancestros de alguna de estas proteínas existían en las bacterias.
Tenían buenas razones para pensar que podrían hacerlo. En 2019, Kranzusch y sus colegas descubrieron que una vía de señalización inmunitaria humana llamada cGAS-STING, que detecta anomalías relacionadas con el cáncer y la infección, se originó en bacterias. "Este y otros descubrimientos nos motivaronpara buscar conexiones adicionales entre las proteínas relacionadas con el sistema inmunitario en las células humanas y bacterianas", señala Kranzusch.
La coautora Tanita Wein, PhD, el coautor principal Rotem Sorek, PhD, y sus colegas del Instituto de Ciencias Weizmann, en Israel, analizaron secciones de ADN bacteriano conocidas como "islas de defensa de antifagos" porque contienen grupos de genesque protegen a las bacterias de la infección por virus conocidos como fagos. Identificaron 50 genes bacterianos que se predijo que darían lugar a proteínas cuya estructura era similar a la de las proteínas de gasdermina en los mamíferos.
"Determiné una serie de estructuras de estas proteínas utilizando cristalografía de rayos X, que confirmó en detalle atómico su similitud arquitectónica con las gasderminas de mamíferos", relata Johnson. Los tipos de bacterias que albergan estas proteínas están muy extendidos, viven en el suelo, las hojasy otros hábitats naturales la bacteria particular más estudiada en la investigación de Johnson se identificó por primera vez en una planta de maíz en Wisconsin.
El trabajo estructural de Johnson mostró que, si bien las gasderminas humanas y bacterianas son estructuralmente similares, las versiones bacterianas tienden a ser aproximadamente la mitad de grandes, pero sirven como bloques de construcción para los poros de la membrana más grandes que los que se ven en los humanos. Todas estas gasderminas se activan por un similarmecanismo, pero la cadena de eventos que ponen en marcha es mucho más extensa en las células humanas. En las células bacterianas, la infección viral puede provocar que las células mueran debido a la perforación de las membranas, lo que detiene a los virus en su camino. En las células humanas, la muerte de una célula infectadadesencadena una cascada de eventos que hace que otros elementos del sistema inmunitario influyan en la infección.
"Este es un ejemplo de una forma de defensa muy primitiva que, en los humanos, se ha adaptado y ampliado con sistemas reguladores que permiten que nuestros cuerpos respondan a infecciones o cáncer", dice Kranzusch.
El descubrimiento de rastros de una forma primitiva de inmunidad dentro de la asombrosa complejidad del sistema inmunológico humano puede ayudar a los investigadores a comprender mejor cómo surgió el sistema. "Ver la versión más simple de una máquina puede brindarle un nuevo nivel de comprensión dela máquina como un todo”, comenta Kranzusch. “El mismo principio puede aplicarse a la investigación del sistema inmunitario”.
Los coautores del estudio son: Brianna Duncan-Lowey, PhD, de Dana-Farber; Megan Mayer, MS, del Harvard Center for Cryo-Electron Microscopy; y Erez Yimiya, Yaara Oppenheimer-Shaanan, PhD y GilAmitai, PhD, del Instituto Weizmann.
Los fondos para el estudio fueron proporcionados por: Pew Biomedical Scholars Program; Burroughs Wellcome Fund; Mathers Foundation; Parker Institute for Cancer Immunotherapy; European Research Council; Israel Science Foundation; Ernest and Bonnie Beutler Research Program ofExcelencia, la Fundación Minerva y el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania, el Centro de Microbiología de la Familia Knell, el proyecto Yotam y la Iniciativa de Investigación de Sostenibilidad y Energía del Instituto Weizmann, el Instituto de Química Medicinal Dr. Barry Sherman, el Instituto Nacional de Salud del CáncerInmunología beca de capacitación T32CA207021; una beca posdoctoral de la Fundación de Investigación de Ciencias de la Vida del Proyecto de Filantropía Abierta; una beca posdoctoral de la Fundación Minerva; y una beca de investigación para graduados de Herchel Smith.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Instituto del Cáncer Dana-Farber. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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