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Condensados biomoleculares: una nueva fuente de organización celular

En el interior de las células, diminutas gotas de proteínas y de otras biomoléculas se fusionan, dividen y disuelven en una coreografía que parece regular procesos vitales.

las proteínas, como la ilustrada aquí, pueden agruparse o interaccionar entre sí de diferentes maneras, lo que determina en gran medida las funciones que pueden ejercer en la célula. [GETTY IMAGES/CHRISTOPH BURGSTEDT/ISTOCK]

En síntesis

En las células, algunas proteínas y otras biomoléculas se agregan con rapidez y generan condensados aislados del resto del citoplasma, lo que evita las reacciones bioquímicas indeseadas y aumenta la eficacia de las útiles.

Descubiertos hace algo más que una década, los condensados parecen intervenir en numerosos aspectos de la biología celular, como la expresión génica, la síntesis de proteínas, la señalización entre células, la polimerización de las proteínas del citoesqueleto o la formación de agregados anómalos en las enfermedades neurodegenerativas.

Estos hallazgos, que se han ido acumulado en los últimos años, están trastocando nuestro conocimiento sobre lo que sucede en el interior de las células.

Imaginemos que empaquetamos a todas las personas del mundo en el Gran Lago Salado de Utah, tan apiñadas que el más mínimo movimiento se transmitiría de unas a otras a toda velocidad. Así es como se encuentran los 5000 millones de proteínas que hay en una célula corriente, según Anthony Hyman, director del Instituto Max Planck de Biología Celular, Molecular y Genética, en Dresde.

Para que la célula crezca, se divida y sobreviva en este citoplasma tan concurrido, es necesario que las enzimas se topen con su sustrato y las moléculas de señalización localicen a su receptor. Si las células fueran meras bolsas que contuvieran una mezcla homogénea de citoplasma, tales encuentros resultarían muy difíciles. Afortunadamente no es así: los orgánulos rodeados de membranas organizan parte del contenido citoplasmático al compartimentar ciertos materiales y proporcionar superficies que favorecen los procesos importantes, como la producción de ATP (el combustible de las células). Pero ahora se está empezando a vislumbrar que los orgánulos no constituyen más que una de las fuentes de orden.

Experimentos recientes han revelado que algunas proteínas se juntan espontáneamente en grupos transitorios, denominados condensados, en respuesta a fuerzas moleculares que equilibran con precisión la transición entre la formación y la disolución de microgotas intracelulares. Los condensados, a los que se refiere a veces como orgánulos sin membrana, aíslan determinadas proteínas del resto del citoplasma, lo que evita las reacciones indeseadas y aumenta enormemente la eficacia de las que resultan útiles. Estos descubrimientos están trastocando lo que creíamos saber sobre el funcionamiento interno de las células.

 

DAVID McLEOD


La existencia de los condensados explicaría, por ejemplo, la rapidez de numerosos procesos celulares. Para Hyman, «el secreto de los condensados es que no constituyen una fábrica, sino más bien una movilización espontánea (flashmob), como cuando suena la música y aparecen los bailarines, pero desaparecen en cuanto deja de sonar».

El biólogo celular Gary Karpen, que trabaja en la Universidad de California en Berkeley y en el Laboratorio Estadounidense Lawrence Berkeley, sugiere que el mecanismo por sí solo es sumamente regulable: los condensados se forman y disuelven muy rápido con tan solo cambiar la concentración de las moléculas o por la modificación química de las proteínas. Esta precisión aporta ventajas reguladoras ante muchos otros fenómenos, entre ellos la expresión génica.

La primera pista de este mecanismo llegó el verano de 2018, cuando Hyman y su por entonces becario posdoctoral Cliff Brangwynne (hoy en el Instituto Médico Howard Hughes de la Universidad de Princeton) estaban impartiendo el famoso curso de fisiología del Laboratorio de Biología Marina, a la vez que investigaban el desarrollo embrionario del nematodo Caenorhabditis elegans. Junto con los estudiantes, se dieron cuenta de que los agregados de ARN en el óvulo fecundado del gusano generaban microgotas que se dividían o se fusionaban entre sí. Ello les llevó a plantear la hipótesis de que estos agregados, denominados «gránulos P», se formaban por la separación de fases en el citoplasma, igual que las gotas de aceite en una vinagreta.

Su propuesta, publicada en 2009 en Science, no llamó mucho la atención por entonces. Pero a partir de 2012 empezaron a aparecer otros artículos sobre la separación de fases dentro de la célula. Uno de ellos fue un experimento clave del laboratorio de Michael Rosen, del Centro Médico del Sudoeste de la Universidad de Texas, en Dallas, en el que se demostró que las proteínas de señalización celular también presentaban el fenómeno de la separación de fases. Hacia 2015, el goteo de artículos se había convertido en un torrente y, desde entonces, las investigaciones sobre los condensados biomoleculares, esos compartimentos celulares seudolíquidos con propiedades viscoelásticas, están inundando las revistas.

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