Nuevos datos sobre la evolución hacia la complejidad de las células

Científicos del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona), liderados por el investigador ICREA Lluis Ribas de Pouplana, jefe del Laboratorio de Traducción Genética, han descrito un nuevo mecanismo que utilizan las células eucariotas para mantener separada la maquinaria citosólica de traducción de proteínas de la que traduce proteínas de la mitocondria. El estudio se publica esta semana en la edición digital avanzada de la revista Proceedings of the National Academies of Sciences (PNAS).

Hace más de dos mil millones de años hubo una fusión entre una bacteria y una arqueobacteria, cada cual portadora de material genético propio. La fusión promovió la aparición de la célula eucariota, separando la información genética de los organismos iniciales en compartimentos diferentes: el núcleo (que contiene el material genético de origen esencialmente arqueobacteriano), el citosol (donde se traduce la información genética del núcleo), y las mitocondrias, de origen bacteriano, que conservan y traducen su propio genoma. Como explica Lluis Ribas de Pouplana, “el mantenimiento de dos genomas separados pero integrados en un único contexto celular podría comportar confusiones para la célula. Por ejemplo, interacciones entre los diferentes componentes que intervienen en la traducción de genes a proteínas, una maquinaria con instrucciones muy precisas de cómo traducir fielmente la información del código genético”. Todavía no hay una teoría que explique porque no se traspasó toda la responsabilidad de producir proteínas únicamente al núcleo, porque hubiera significado un ahorro energético importante para las células. En todo caso, la evolución las ha mantenido separadas, y los científicos estudian como la célula eucariota resuelve funcionalmente la separación de dos códigos genéticos en un mismo contexto.

Tripanosomas, un caso paradigmático

Los científicos estudian la evolución de la célula eucariota en unos protozoos unicelulares denominados Tripanosoma brucei porque en estos organismos se da una circunstancia muy rocambolesca por lo que se refiere a la traducción de proteínas mitocondriales. Al contrario de lo que ocurre en el resto de organismos eucariotas incluidos los humanos, en Tripanosoma todos los transfer-RNAs (tRNAs), componentes básicos de la maquinaria de traducción de proteínas, se fabrican en el núcleo, y son exactamente iguales tanto los que trabajan en el citoplasma como los que parten hacia la mitocondria. Dice Ribas: “era un contexto ideal para unificar la maquinaria de traducción de proteínas pero en vez de esto, en Tripanosoma se complica y se inventan una solución para mantener las maquinarias separadas y que cada componente de la traducción sea específico”.

Los científicos han hallado la evidencia de este hecho en otro componente clave de la maquinaria de traducción, las aminoacil-tRNA sintetasas (ARS). La función de las ARS en todos los organismos es cargar a los t-RNAs con los aminoácidos específicos (de los 20 que hay). Después los t-RNAs transportan el aminoácido hacia el ribosoma, donde fabrican las proteínas. Lo que han visto los investigadores es que la célula genera, desde el núcleo, dos ARS diferentes: las que han de interactuar con los t-RNAs del citosol y las que lo harán con los t-RNAs mitocondriales. Aún así, ¿cómo se asegura la célula de que las ARS mitocondriales mientras todavía están en el citosol, no interactuarán con los otros t-RNAs si son iguales? Los científicos han visto que los ARS mitocondriales contienen dos extensiones. Una, la N-Terminal, ya conocida, es una señal de localización que las transporta hacia la mitocondria, mientras que la otra, la C-Terminal, tiene por función hacerlas invisibles a los t-RNAs del citosol. Cuando entran en la mitocondria, las ARS pierden la extensión C-Terminal e inician las interacciones con los t-RNAs correspondientes.

El científico del IRB Barcelona explica que es posible que este mismo mecanismo de control sobre la función se encuentre en otras proteínas que se generan desde el núcleo pero actúan en la mitocondria. Y prosigue: “la presión evolutiva sobre la célula eucariota es tan grande que no permite juntar los dos sistemas sino que tiende a separarlos más, lo que va en contra de la simplificación”. En todo caso, “el estudio confirma la miopía de la selección natural”, dice Ribas.

Artículo de referencia
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