Un nou article del grup de Recerca en Estrès Oxidatiu i Cicle Cel·lular de la UPF identifica la principal estratègia de la cèl·lula per a fer front a l'acumulació de proteïnes mal plegades. En el treball, publicat a la revista Cell Reports, han utilitzat el model de llevat Schizosaccharomyces pombe per a investigar el procés de control de qualitat de les proteïnes. L'estudi ha estat liderat per Elena Hidalgo i les investigadores postdoctorals Margarita Cabrera i Susanna Boronat en són les primeres autores d'aquest.

Les proteïnes estan formades per cadenes d'aminoàcids i durant la seva formació s'han de plegar per a adquirir una forma adequada que els permeti exercir les seves funcions. No obstant això, quan les cèl·lules estan sotmeses a un estrès o dany, com per exemple les temperatures elevades, part de la proteïnes poden no plegar-se correctament. En aquest estudi, els investigadors han plantejat la següent qüestió: què fa la cèl·lula amb les proteïnes mal plegades?

Existeixen tres vies per a solucionar aquest problema. La primera opció consisteix a intentar arreglar el plegament per a recuperar així la funció, però això pot ser complicat perquè si les condicions d'estrès continuen, les proteïnes també es continuen desplegant. Una segona via consisteix a destruir les proteïnes que no s'han plegat correctament mitjançant una maquinària denominada proteasoma. “Però en aquest estudi revelem que la ruta dominant en el llevat és una tercera opció que consisteix en la formació d'agregats per a protegir a les proteïnes mal plegades de la degradació”, explica Elena Hidalgo.

El paper dual de les xaperones

Les xaperones són petites màquines biològiques la funció de les quals és plegar proteïnes, per a obtenir la seva forma òptima de funcionament. Acostumen a intervenir en el procés de plegament i la seva funció sol ser evitar l'agregació. “No obstant això, en unes condicions d'estrès per elevades temperatures, hem identificat a unes xaperones que tenen un paper clau a potenciar la ruta de l'agregació”, detalla Margarita Cabrera. “Aquestes detecten que plegar les proteïnes no és la solució, així que activament fomentaran la ruta de l'agregació”, afegeix.

Les xaperones són petites màquines biològiques la funció de les quals és plegar proteïnes, per a obtenir la seva forma òptima de funcionament. En condicions d'estrès, canvien una mica el seu rol per a afavorir l'agregació.

Les xaperones en qüestió treballen en parella, una d'elles s'encarrega de reconèixer el substrat que està mal plegat —detecta unes regions que han d'anar a l'interior de la proteïna i que quan no es plega correctament queden exposades— i ho transfereix a l'altra. “Per tant, determinem que en condicions d'estrès, les xaperones canvien una mica el seu rol per a afavorir l'agregació”, comenta Susanna Boronat.

Tot i que els agregats se solen relacionar amb toxicitat i un efecte negatiu, per exemple en les malalties neurodegeneratives, en aquest cas són favorables. La principal avantatge de potenciar l'agregació respecte a la degradació és que quan les condicions tornen a ser òptimes les proteïnes es poden tornar a plegar i recuperar la seva funció. Sintetitzar proteïnes és un treball costós per a la cèl·lula, ja que requereix uns recursos i en mantenir un reservori es pot estalviar haver de tornar a fabricar-les. Com a exemple de condicions d’estres utilitzem temperatures elevades, tot i que amb una durada curta, per assegurar-nos que el dany és reversible, afegeix.

Schizosaccharomyces pombe, un model per entendre mecanismes complexos

L'equip d'investigadors del Departament de Ciències Experimentals i de la Salut (DCEXS) de la UPF ha dut a terme aquesta recerca en el llevat Schizosaccharomyces pombe, organisme que té l'avantatge de presentar una genètica senzilla i fàcilment manipulable, que permet utilitzar moltes condicions diferents. A més, molts dels mecanismes moleculars bàsics dels llevats són extrapolables als d'altres organismes eucariotes. Quan es tracta d'un procés tan complex com l'estabilitat de les proteïnes és molt útil disposar d’un model que sigui molt simple per a establir els fonaments.

La principal avantatge de potenciar l'agregació respecte a la degradació és que quan les condicions tornen a ser òptimes les proteïnes es poden tornar a plegar i recuperar la seva funció.

En paraules de Margarita Cabrera: “ens agradaria començar una nova línia de recerca i estudiar la formació d'agregats de proteïnes en altres organismes models i durant el procés d'envelliment”.

L'equip d'investigadors està integrat per Margarita Cabrera, Susanna Boronat, Luis Marte, Montserrat Vega, José Ayté i Elena Hidalgo a la UPF i Pilar Pérez a l'Institut de Biologia Funcional i Genòmica (IBFG) del CSIC i la Universitat de Salamanca.

Article de referència

Cabrera, M., Boronat, S., Marte, L., Vega, M., Pérez, P., Ayté, J. and Hidalgo, E.  February, 2020. Chaperone-facilitated aggregation of thermo-sensitive proteins shields them from degradation during heat stress.  Cell Rep. DOI: 10.1016/j.celrep.2020.01.077.