Images
Investigadors de l’IRB Barcelona i la UPF identifiquen un canal de clor implicat en la recuperació del volum cel·lular sota estrès osmòtic.
Els resultats s’han publicat a la revista científica PNAS.
Les cèl·lules han d’adaptar-se constantment al seu entorn per a poder sobreviure. Un augment sobtat en el medi dels nivells d’osmòlits, com per exemple la sal, provoca que les cèl·lules perdin aigua i s’encongeixin. En qüestió de segons, han d’activar un mecanisme que els permeti recuperar el seu volum inicial d’aigua per a no morir.
Quins gens estan implicats en promoure la supervivència a un estrès osmòtic ha estat l’objecte de l’estudi encapçalat pels laboratoris del Dr. Posas i la Dra. de Nadal a l’Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona) i el Dr. Valverde a la Universitat Pompeu Fabra (UPF) (Barcelona) en col·laboració amb el grup del Dr. Moffat de la Universitat de Toronto (Canadà). A partir d’un cribratge genètic de tot el genoma, van determinar que un gen anomenat LRRC8A és el més important perquè una cèl·lula pugui sobreviure a un xoc osmòtic.
Aquest gen codifica per a una proteïna que forma canals a la membrana que deixen sortir ions de clor cap a fora de la cèl·lula. “Utilitzant un model de cèl·lula epitelial humana, a més d’altres tipus cel·lulars humans i de ratolí, hem pogut demostrar que aquest canal s’obre poc després d’exposar les cèl·lules a alta concentració de sal de clorur de sodi (NaCl)”, explica la Dra. De Nadal, cap del laboratori de Senyalització Cel·lular de l’IRB Barcelona, juntament amb el Dr. Francesc Posas El mecanisme molecular que provoca aquesta ràpida obertura també ha estat identificat pels autors. El canal de clor es fosforila, és a dir, un grup fosfat s’afegeix a un aminoàcid concret de la seva seqüència, provocant l’activació del canal.
“El nostre projecte ha estat complex i a i ha trigat anys a veure la llum” explica el Dr. Miguel Ángel Valverde, cap del laboratori de Fisiologia Molecular de la UPF “hem aconseguit demostrar també com és de fonamental que aquest canal s’activi i tregui clor per engegar el procés de recuperació del volum i que les cèl·lules puguin sobreviure en el temps”, afegeix.
Utilitzant una tinció violeta que tenyeix només les cèl·lules vives, els investigadors han pogut veure que quan boquegen l’activitat d’aquest canal de clor amb un compost específic les cèl·lules moren aproximadament un 50% més.
Un viatge en el temps per respondre vells interrogants
Diversos treballs científics clàssics sobre regulació del volum cel·lular ja havien descrit als anys 90 el procés mitjançant el qual les cèl·lules regulen el seu volum per sobreviure. Se sabia que les proteïnes efectores de recuperació del volum sota estrès salí requerien baixes concentracions intracel·lulars de clor per a poder activar-se, però es desconeixia com això podia ser possible en unes condicions tan adverses. Amb aquest descobriment els autors han donat resposta a una pregunta que molts investigadors feia anys que es formulaven: com surt el clor per engegar tot aquest procés? En paraules de la coautora principal de l’article, la Dra. Selma Serra (UPF): “Ara tenim la resposta a aquesta pregunta. És el canal LRRC8A qui aconsegueix disminuir els nivells de clor de la cèl·lula. Fins ara coneixíem molt bé el paper d’aquest canal per adaptar la cèl·lula a medis amb molt baixes concentracions de sals. El gran repte ha estat descobrir com podia ser que el mateix canal de clor estigués al capdavant del mecanisme oposat. A l’inici de la investigació, escapava de tota raó científica que un canal que serveix per desinflar les cèl·lules també les pogués inflar”.
Utilitzant tècniques d’electrofisiologia i microscòpia de fluorescència en cèl·lules vives per a detectar els nivells de clorur intracel·lular, els investigadors han demostrat la implicació de l’activitat del canal de clor LRRC8A en resposta a estímuls d’alta salinitat.
Un gran repte tècnic i conceptual
Estudiar aquest procés a nivell molecular ha suposat un gran desafiament pel investigadors d’aquest treball. D’una banda, perquè els estudis in vivo en cèl·lules mentre pateixen un xoc osmòtic i s’encongeixen és molt complicat: “imagineu-vos estar mirant un raïm preciós que de sobte es torna com una pansa, això ens complica molt les coses”, comenten els autors.
Un altre factor de gran impacte és el fet que sota aquestes condicions d’estrès, el mecanisme per activar el canal de clor és ben diferent del fins ara descrit a la literatura. El primer coautor del l’article, Predrag Stojakovic, explica: “Va suposar una gran sorpresa descobrir que les vies de senyalització en resposta a estrès, les MAP cinasa, proteïnes que estudiem al laboratori de fa anys, són les responsables directes de l’activació d’aquest canal”. Les MAP cinases,, són un grup de proteïnes senyalitzadores que afegeixen grups fosfat a altres proteïnes i les activen o les inactiven. Utilitzant tècniques moleculars, els autors han buscat per tota la proteïna del canal quina era la seqüència diana d’aquestes proteïnes cinasa. “Hem sigut capaços d’identificar el residu concret del canal de clor que farà que s’activi sota el control de la via de les MAP cinasa en resposta a estrès”, subratlla l’estudiant de doctorat Stojakovic.
Implicacions futures
“Amb aquesta nova peça d’investigació obrim noves possibilitats en l’estudi de l’adaptació i supervivència de les cèl·lules sota estrès salí. Determinats òrgans del cos com ara els ronyons sovint es veuen exposats a entorns amb altres concentracions de sal que poden amenaçar la seva supervivència. Conèixer les molècules que controlen la supervivència en aquestes condicions podria ser molt útil per a entendre certes patologies on la recuperació del volum en resposta a sals hi està implicat”, explica el Dr. Posas.
D’altra banda, descobrir la implicació d’aquest canal en aquests processos de regulació cel·lular té importància en moltes patologies en les quals participen les proteïnes que estan controlades per LRRC8A. I això, té rellevància en situacions com pot ser certs tipus d’hipertensió arterial o isquèmia cerebral.
Article de referència:
LRRC8A-containing chloride channel is crucial for cell volume recovery and survival under hypertonic conditions
Selma A Serra, Predrag Stojakovic, Ramon Amat, Fanny Rubio-Moscardo, Pablo Latorre, Gerhard Seisenbacher, David Canadell, René Böttcher, Michael Aregger, Jason Moffat, Eulàlia de Nadal, Miguel A. Valverde & Francesc Posas
PNAS (2021) DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2025013118
IRB Barcelona
L’Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona) treballa per aconseguir una vida lliure de malalties. Desenvolupa una recerca multidisciplinària d’excel·lència per curar el càncer i altres malalties vinculades a l'envelliment. Treballa establint col·laboracions amb la indústria farmacèutica i els principals hospitals per fer arribar els resultats de la recerca a la societat a través de la transferència de tecnologia, i du a terme diferents iniciatives de divulgació científica per mantenir un diàleg obert amb la ciutadania. L’IRB Barcelona és un centre internacional que acull al voltant de 400 investigadors de més de 30 nacionalitats. Reconegut com a Centre d'Excel·lència Severo Ochoa des de 2011, és un centre CERCA i membre del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST).
