Noves dades sobre l'evolució cap a la complexitat de les cèl·lules

Científics de l’Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona), liderats per l’investigador ICREA Lluis Ribas de Pouplana, cap del Laboratori de Traducció Genètica, han descrit un nou mecanisme que utilitzen les cèl·lules eucariotes per mantenir separada la maquinària citosòlica de traducció de proteïnes de la que tradueix proteïnes de la mitocòndria. L’estudi es publica aquesta setmana en l’edició avançada digital de la revista Proceedings of the National Academies of Sciences (PNAS).

Fa més de dos mil milions d’anys hi va haver una fusió entre un bacteri i un arqueobacteri, cadascun portadors de material genètic propi. La fusió va promoure l’aparició de la cèl·lula eucariota, separant la informació genètica dels organismes inicials en compartiments diferents: el nucli (que conté el material genètic d’origen essencialment arqueobacterià), el citosol (on es tradueix la informació genètica del nucli), i les mitocòndries, d’origen bacterià, que conserven i tradueixen el seu propi genoma. Com explica Lluis Ribas de Pouplana, “el manteniment de dos genomes separats però integrats en un únic context cel·lular podria comportar confusions per a la cèl·lula. Per exemple, interaccions entre els diferents components que intervenen en la traducció de gens a proteïnes, una maquinària amb instruccions molt precises de com traduir fidelment la informació del codi genètic”. Encara no hi ha cap teoria que expliqui perquè no es va traspassar tota la responsabilitat de produir proteïnes únicament al nucli, perquè hagués significat un estalvi energètic important per a les cèl·lules. En tot cas, l’evolució les ha mantingut separades, i els científics estudien com la cèl·lula eucariota resol funcionalment la separació de dos codis genètics en un mateix context.

Tripanosomes, un cas paradigmàtic

Els científics estudien l’evolució de la cèl·lula eucariota en uns protozous unicel·lulars anomenats Tripanosoma brucei perquè en aquests organismes es dóna una circumstància molt rocambolesca pel que fa a la traducció de proteïnes mitocondrials. Al contrari del què passa en la resta d’organismes eucariotes inclosos els humans, en Tripanosoma tots els transfer-RNAs (tRNAs), components bàsics de la maquinària de traducció de proteïnes, es fabriquen en el nucli, i són exactament iguals tant els que treballen en el citoplasma com els que marxen cap a la mitocòndria. Diu Ribas: “era un context ideal per unificar la maquinària de traducció de proteïnes però en comptes d’això, en Tripanosoma es complica i s’inventa una solució per mantenir les maquinàries separades i que cada component de la traducció sigui específic”.

Els investigadors han trobat aquesta evidència en un altre component clau de la maquinària de traducció, les aminoacil-tRNA sintetases (ARS). La funció de les ARS a tot arreu és carregar els t-RNAs amb els aminoàcids específics (dels 20 que hi ha). Després els t-RNAs transporten l’aminoàcid cap al ribosoma, on es fabriquen les proteïnes. El què han vist els investigadors és que la cèl·lula genera, des del nucli, dos tipus d’ARS: les que han d’interactuar amb els t-RNAs del citosol i les que ho han de fer amb els t-RNAs mitocondrials. Ara bé, com s’assegura la cèl·lula que les ARS mitocondrials mentre encara estan en el citosol, no interactuaran amb els altres t-RNAs si són iguals? Els científics han vist que les ARS mitocondrials contenen dues extensions. Una, la N-Terminal, ja coneguda, és una senyal de localització que les transporta cap a la mitocòndria, mentre que l’altra, la C-Terminal, té per funció fer-les cegues als t-RNAs del citosol. Quan entren dins la mitocòndria, les ARS perden l’extensió C-Terminal i inicien les interaccions amb els t-RNAs corresponents.

El científic de l’IRB Barcelona diu que és possible que aquest mateix mecanisme de control sobre la funció es trobi en altres proteïnes que es generen des del nucli i actuen en la mitocòndria. I explica: “la pressió evolutiva sobre la cèl·lula eucariota és tan gran que no permet ajuntar els dos sistemes sinó que el que fa és separar-los més, el què va en contra de la simplificació”. En tot cas, “l’estudi confirma la miopia de la selecció natural”, diu Ribas.

Article de referència
A new mechanism for functional segregation of mitochondrial and cytosolic genetic codes
Yaiza Español, Daniel Thut, André Schneider, and Lluís Ribas de Pouplana
PNAS (2009). 26 October. Doi number: 10.1073/PNAS.0909937106