Prions, guardià de la memòria

2017/03/01 Agirre Ruiz de Arkaute, Aitziber - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Genetika
• Biokimika
• Biologia

Fa 30 anys era inimaginable parlar d'un sistema orgànic infecciós capaç de “reproduir-se” sense ADN o ARN. Tots els sistemes infecciosos tenien estructures genètiques per a augmentar la infecció i la proliferació de virus, els agents infecciosos més simples encara coneguts. Però els prions van demostrar que era possible: unes proteïnes simples plegades equivocadament eren capaces de contagiar a les proteïnes de l'entorn el seu plegat incorrecte. Per contacte, sense necessitat de reproduir-se.

Aconseguien alterar la forma tridimensional de les proteïnes funcionals que els acompanyaven, i en tractar-se d'una forma tridimensional generada de caràcter desengordable, els prions tendien a congregar-se creant agregats cada vegada més grans i dificultant els processos cel·lulars.

Les malalties provocades pels prions van disparar alarma des del principi, en la crisi de les vaques boges, quan la comunitat científica va quedar sense paraules davant aquesta nova forma d'infecció. El mer fet de ser prions era emocionant des del punt de vista biològic, no es podia negar, però al mateix temps era terrorífic. No sabien per on abordar les infeccions provocades pels prions. A més, s'ha observat que poden estar en la base de moltes malalties neurodegeneratives, com l'alzheimer i el parkinson.

No obstant això, després de molts estudis, la cara amable dels prions ha començat a emergir: prions no patògenes, creadores d'agregats i amb tasques específiques en el nostre cos.

Memòria a llarg termini a les mans dels prions

Hi ha un simple canvi de plegat darrere de les capacitats dels prions.

Si ens fixem en el cervell, veurem mil milions de neurones, cadascuna amb moltes sinapsis. En aquestes sinapsis es fixa la memòria, gràcies a elles guardem químicament els records. Francis Crick, un dels descobridors de l'estructura de l'ADN, no obstant això, va expressar fa 20 anys una preocupació: com és possible que els records romanguin molt més temps del que les proteïnes romanen en les cèl·lules vives? Si les proteïnes de les sinapsis duren dos mesos, com es pot mantenir químicament un record durant anys? Com es pot estabilitzar una sinapsi per sempre?

Crick va preveure la presència d'una proteïna que s'agrega d'alguna manera en aquest procés. En ser agregat, no tindria capacitat de moviment, i això podria ser la manera d'estabilitzar una determinada sinapsi.

Després van veure que en les sinapsis apareixien prions i van començar a experimentar per a entrenar als ratolins perquè travessessin un laberint una vegada i una altra, fins que aquesta experiència es consolidi com un record a llarg termini. A través de l'enginyeria genètica, van silenciar el gen del prió CPEB, típic de les simapsis neuronals, i els resultats van ser sorprenents: dues setmanes després de la consolidació del record ja havia desaparegut.

El mateix han vist en les mosques de vinagre. Si una femella no mostra una posició de còpula respecte a un mascle determinat, aquest mascle el recordarà i no tornarà a intentar-lo, encara que hagi passat molt de temps. En mutar la proteïna Orb2 que actua com a prió, a partir d'un sol dia, els records es tornen inestables; passats tres dies, han desaparegut completament. El mascle intentarà de nou cobrir-la.

A partir d'aquí han vist que els prions serveixen per a enfortir i estabilitzar les sinapsis neuronals, la qual cosa permet mantenir la memòria a llarg termini. Els prions semblen ideals per a aquest treball. De fet, creen estructures polimèriques molt estables en el temps i a més la seva conversió és autosuficient: quan un prió canvia el seu plegat, les proteïnes circumdants continuaran canviant automàticament el seu plegat. Aquest procés per contagi de prions resol el problema de Crick, ja que, més enllà de l'estímul inicial de la neurona, continuaran creant cadenes agregades sense més estímuls. Això mantindrà constantment la sinapsi i, per tant, el record.

Però no guardem tots els records per sempre. La neurona, amb una regulació estricta, separa els circuits neuronals estabilitzats i quals no. Quan rep el pols elèctric, en una complexa dansa bioquímica que només es produeix en aquesta sinapsi, activa el canvi de plegat i l'activació del prió amb la col·locació d'un grup de fosfats. A partir d'aquí, mentre es mantinguin els agregats del prió, es mantindran records a llarg termini. Ells són la base bioquímica de la memòria.

Gràcies a la memòria de la hibernació, les plantes recorden els hiverns passats i regulen el moment de la floració. -

Això sí, la seva pròpia responsabilitat com a sistema de memòria converteix als prions en agents patògens de les neurones i de la memòria. Així podria entendre's la seva implicació en les malalties d'Alzheimer i Parkinson.

Floració de plantes

Els mamífers no som els únics que aprofitem el treball dels prions. Per exemple, els genètics del Massachusetts Institute of Technology (MIT) han trobat en les plantes al voltant de 500 proteïnes amb característiques de prions. Molts d'ells tenen funcions relacionades amb l'assoliment.

Les plantes desenvolupen la memòria per a donar resposta a les condicions de l'entorn. Registren d'alguna manera sequeres, escalfaments, refredaments i agents patògens soferts anteriorment. La memòria de la hibernació, per exemple, es desenvolupa després de sentir el fred durant molt de temps. Gràcies a aquesta memòria, les plantes recorden els hiverns que han passat i regulen el moment de la floració. Segons els investigadors del MIT, els prions són essencials per a registrar a llarg termini les condicions de l'entorn i regular el procés de floració dels futurs. D'alguna manera, en la descendència també ajuden a conservar la memòria del fred, de generació en generació, sense necessitat d'implicar els gens. Gràcies a ells, les plantes que encara no han sofert fred tenen aquesta memòria. Segons els investigadors del MIT, els prions han proporcionat la clau per a entendre la memòria molecular basada en proteïnes.

També els bacteris

Estudis recents han demostrat que els bacteris també tenen prions. Ed. -

Fins ara, els bacteris eren les úniques que no van mostrar signes de prions entre els éssers vius, però els últims estudis han demostrat que també els bacteris les tenen. S'han analitzat 60.000 genomes bacterians a la recerca de seqüències genètiques similars als prions dels llevats i han vist que una seqüència de proteïna anomenada Rho podia ser un bon candidat. Així, s'ha comprovat que la proteïna Rho del bacteri Clostridium bolutilum s'injecta en el bacteri Escherichia coli i es comporta com els prions.

El Rho és un component que regula l'expressió i l'activitat de molts gens. En injectar la versió normal de la proteïna Rho van veure que silenciava l'activitat genètica d'Escherichia coli i que en injectar la versió priònica molts gens s'activaven. A la vista d'això, els investigadors creuen que en el cas dels bacteris, mitjançant la regulació dels gens, els prions poden ajudar a adaptar-se als canvis bruscos de les condicions ambientals. Això permetria donar una resposta ràpida davant canvis de condicions, com la presència d'un antibiòtic.

A més, atès que els prions són hereditaris, cal pensar que permetran que els bacteris hereten aquestes característiques sense necessitat de mutacions genètiques.

Per la seva presència en els bacteris, els prions semblen estar molt més estesos en la naturalesa del que es pensava, i van aparèixer abans que sorgissin els eucariotes, fa més de 2.300 milions d'anys. Però d'on vénen aquestes misterioses proteïnes?

Els prions mai han estat dels quals passen desapercebuts. Estan acostumats a donar sorpreses. No obstant això, no sabem quines altres capacitats els donaran el seu caràcter especial. Els investigadors asseguren que ja han començat a entendre'ls i que portaran gairebé necessàriament més sorpreses.