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  • 25/02/2016

BIOLOGÍA CELULAR

¿Por qué las mitocondrias cuentan con su propio ADN?

Un estudio propone que el material genético de estos orgánulos permite a la célula ejercer un control local sobre la producción de energía.

Cell Systems

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Las mitocondrias (figuras ovaladas azules) poseen su propio ADN. [iStackphotons/ iStock]

Uno de los grandes enigmas de la biología celular es por qué las mitocondrias, las estructuras ovaladas que aportan energía a nuestras células, tienen su propio ADN, y por qué lo siguen manteniendo, cuando la célula en sí cuenta ya con una gran cantidad de su propio material genético. Un estudio reciente puede haber dado con una respuesta.

Se cree que las mitocondrias fueron en el pasado microorganismos unicelulares de vida libre hasta que, hace más de mil millones de años, fueron atrapados por células más grandes. En lugar de ser digeridos, se establecieron y desarrollaron una relación simbiótica con sus anfitriones, la cual, en última instancia, dio origen a organismos de vida más compleja, como las plantas y los animales actuales.

Con los años, el genoma mitocondrial se fue reduciendo. El núcleo alberga hoy la gran mayoría del material genético de la célula, incluso genes que contribuyen al funcionamiento de las mitocondrias. En los humanos, por ejemplo, el genoma mitocondrial contiene sólo 37 genes, frente a los más de 20.000 del núcleo. Con el tiempo, la mayoría de los genes mitocondriales se desplazaron al núcleo. Luego entonces, ¿por qué retuvieron las mitocondrias esos genes móviles, sobre todo si se tiene en cuenta que las mutaciones en algunos de ellos pueden causar enfermedades raras pero graves que destruyen gradualmente el cerebro, el hígado, el corazón y otros órganos vitales de los pacientes? Los científicos han propuesto varias ideas, pero hasta el momento ninguna ha prevalecido sobre las demás.

De este modo, Iain Johnston, de la Universidad de Birmingham, y Ben Williams, del Instituto Whitehead para Investigación Biomédica en Cambridge, Massachusetts, compararon mediante un modelo matemático diferentes hipótesis. Analizaron más de 2.000 genomas mitocondriales de animales, plantas, hongos y protistas (como las amebas). Trazaron su camino evolutivo y crearon un algoritmo que calculaba las probabilidades de que los diferentes genes y combinaciones de genes se perdieran en determinados momentos de la evolución.

Las mitocondrias producen energía mediante una serie de reacciones químicas que conllevan el transporte de electrones a lo largo de una membrana. La clave de este proceso radica en una serie de complejos proteicos que se insertan en la membrana interna de la mitocondria. Todos los genes mitocondriales ayudan a producir energía de alguna manera u otra. Pero el equipo descubrió que un gen tendía a permanecer con mayor probabilidad en la mitocondria si codificaba una proteína principal de uno de estos complejos. Los genes responsables de funciones energéticas más secundarias, por su parte, tenían más probabilidades de saltar al núcleo.

Control local

Mantener esos genes en la mitocondria ofrece a la célula la posibilidad de controlar individualmente estos orgánulos, opina Johnston, porque las proteínas esenciales pueden sintetizarse en las propias mitocondrias. Ese control local significa que la célula puede regular con mayor rapidez y eficacia la producción de energía en cualquier momento en cada una de las mitocondrias, en lugar de tener que hacer cambios drásticos en los cientos o miles de mitocondrias que contiene. Por ejemplo, una mitocondria que funcione mal puede ser reparada de forma individual, en lugar de desencadenar una respuesta en toda la célula que podría alterar su equilibrio.

La situación podría compararse al modo en que se hace frente a un incendio, comenta John Allen, biólogo del Colegio Universitario de Londres que no participó en el estudio. Si una habitación de un gran edificio se incendia, no llamaremos por teléfono al encargado del edificio para pedirle permiso para apagar el fuego. Agarraremos un extintor y lo dirigiremos al foco del incendio. En sus propias investigaciones, Allen ha hallado pruebas de que la síntesis de ciertas proteínas mitocondriales justo donde se las necesita ayuda a la célula a regular mejor la producción de energía.

El modelo Johnston y Williams señala otros factores que también podrían ser importantes. Por ejemplo, los genes que codifican proteínas mitocondriales hidrófobas (que muestran repelencia al agua) tienden a ubicarse en la propia mitocondria, donde se las moléculas en cuestión son sintetizadas. Si estas proteínas se fabricaran en otro lugar de la célula podrían quedar atrapadas durante su transporte, por lo que resulta más eficiente producirlas en la mitocondria.

Los autores creen que el programa que han desarrollado resulta útil para otros aspectos, además de indagar en los genomas mitocondriales. El algoritmo puede analizar cualquier problema en el que se han ganado o perdido rasgos individuales con el tiempo, sean genes o síntomas de una enfermedad. Esperan que el modelo sirva para realizar futuras predicciones en estas líneas, como averiguar los mecanismos de progresión de distintas enfermedades.

Más información en Cell Systems

Fuente: Science

 

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