El grupo de Fisiología Microbiana de la Universidad de Murcia (UMU) ha descrito un novedoso mecanismo que permite conocer más detalles sobre cómo se regula el proceso de autofagia, responsable de la renovación del contenido celular cuando los seres vivos se exponen en situaciones extremas, como puede ser ante la falta de glucosa.
Estos hallazgos, que acaban de publicarse en la revista de alto impacto Autophagy, sugieren por primera vez que es necesaria una exquisita cooperación entre distintas rutas de proteínas para activar la autofagia durante el ayuno de glucosa. Hasta el momento se desconocía cómo se desarrollaba este proceso, por lo que los resultados obtenidos muestran el elevado nivel de sofisticación que alcanza su regulación en los organismos unicelulares.
La autofagia, un arma de supervivencia
La naturaleza ejerce una presión evolutiva que empuja a los seres vivos a reproducirse de una forma rápida y eficiente en respuesta a la disponibilidad de nutrientes. Sin embargo, es habitual que se enfrenten a condiciones ambientales adversas, como puede ser el déficit nutricional, que requieren una adaptación rápida y eficaz.
Para aclimatarse a esta situación, las células suelen recurrir a la degradación de estructuras propias sin comprometer su viabilidad, siendo este proceso conocido como "autofagia".
La palabra autofagia, tan de moda entre las tendencias nutricionales de los últimos años, significa literalmente "comerse a sí mismo", y se refiere al sistema encargado de que las células hagan limpieza y eliminen todos aquellos componentes y estructuras dañados o no funcionales, generando un rejuvenecimiento a nivel funcional.
La autofagia es, por tanto, una respuesta esencial para la supervivencia de todos los seres vivos eucariotas. "Comprender los mecanismos moleculares que regulan este proceso esencial para la supervivencia celular es de gran importancia, ya que las alteraciones en su desarrollo se han implicado en numerosas patologías humanas, como el envejecimiento, la diabetes, el cáncer, las enfermedades cardiacas o distintas enfermedades neurodegenerativas", resalta la investigadora Marisa Madrid.
El proceso autofágico ha sido ampliamente estudiado en levaduras, y de hecho le supuso el premio Nobel de Fisiología y Medicina al profesor japonés Yoshinori Oshumi en 2016, por describir los principales mecanismos implicados.
Resultados
Teniendo en cuenta la importancia de este proceso, los investigadores de la UMU han descrito un novedoso mecanismo de regulación de la autofagia que se activa ante el déficit de glucosa. "Nuestros resultados demuestran que la inducción de este proceso requiere un correcto funcionamiento de la mitocondria, el principal orgánulo celular responsable de la obtención de energía durante la respiración", resalta Madrid. Cuando se bloquea la actividad mitocondrial en condiciones de déficit de glucosa, las células son incapaces de iniciar la autofagia, una respuesta que necesitan para su supervivencia a largo plazo.
Estas observaciones sugieren por primera vez que en presencia de glucosa,
la ruta de señalización mediada por PKA actúa como un regulador negativo de la autofagia, bloqueando la expresión de genes respiratorios y limitando la actividad mitocondrial. Además, se describe cómo la ruta de proteínas quinasas de respuesta a estrés (SAPK), también promueve la inducción de la autofagia durante el déficit de glucosa, actuando de manera coordinada con la ruta anterior.
En resumen, las evidencias obtenidas en este trabajo, en el que se ha empleado como modelo un organismo eucariota unicelular, la levadura Schizosaccharomyces pombe, aportan información hasta el momento desconocida sobre cómo se transmiten las señales entre proteínas para poder activar la autofagia, y demuestran la existencia de mecanismos enormemente complejos que controlan esta respuesta de supervivencia celular.
Los trastornos del metabolismo de la glucosa causados por la resistencia a la insulina son el origen de enfermedades tan insidiosas como la diabetes, la obesidad o el síndrome metabólico. Numerosos estudios han sugerido que la autofagia alterada contribuye al desarrollo de esta condición metabólica, aunque los mecanismos moleculares responsables están muy poco claros. Por tanto, es fundamental poseer un conocimiento profundo de la estructura, organización y regulación de este proceso celular esencial con vistas al diseño de terapias que consigan recuperar o atenuar su función, según el caso.
Levaduras más estudiadas
El organismo modelo más analizado en este sentido ha sido la levadura Saccharomyces cerevisiae, usada comúnmente para la obtención de productos de consumo como pan, vino y cerveza.
Estos modelos han sido claves para estudiar los genes implicados en el control de procesos esenciales en la fisiología debido a su pequeño tamaño y a su fácil manipulación genética.
Por su parte, Schizosaccharomyces pombe, empleada para este estudio, es otra especie de levadura distante evolutivamente que presenta una fisiología más similar a las células humanas. "Su empleo para el estudio de la regulación de la autofagia es por tanto sumamente interesante, con el fin de comprender las bases moleculares de este proceso en eucariotas superiores, como las humanas", concluye Madrid.