Recrean cómo las células construyen microtúbulos, un proceso clave para la biología

Un equipo de investigadores españoles ha descubierto cómo las células humanas construyen microtúbulos, un proceso clave para la división celular y un hallazgo esencial para futuros avances en el tratamiento de enfermedades que van desde el cáncer a los trastornos del neurodesarrollo.

Los detalles de la investigación, realizada por científicos del Centro de Regulación Genómica (CRG), del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) y del IBMB-CSIC, se publican este jueves en la revista Science.

Las células del organismo se dividen constantemente y en cada división la información genética de los cromosomas se copia en la nueva célula, un sofisticado proceso que implica veloces cambios dentro de la célula que, para ello, cuenta con los microtúbulos, diminutas estructuras con forma de tubo.

Desde hace tiempo, los científicos quieren entender cómo se forman y ahora, un equipo español ha logrado reconstruir este proceso en una especie de película de imágenes que demuestran cómo las células humanas inician la construcción de sus microtúbulos.

Cuando una célula se divide, "los cromosomas, una vez tienen la información genética duplicada, se colocan en el centro de la célula y esta, de manera extraordinaria, genera rápidamente desde sus dos extremos grandes tubos que enganchan a los cromosomas y tiran de cada una de las copias, hacia los dos polos de la célula. Solo entonces es posible encapsular una copia de todo nuestro material genético en cada célula hija", explica Óscar Llorca, investigador del CNIO y coautor principal del trabajo.

Las estructuras que se lanzan, "como largas sogas que alcanzan a los cromosomas para dividirlos", explica Llorca, son los microtúbulos, que tienen un papel clave en la división celular.

Los microtúbulos, que miden milésimas de milímetro de largo y nanómetros [millonésimas de milímetro] de diámetro, actúan como autopistas para transportar componentes celulares entre zonas distintas de la célula y dan forma a la propia célula, entre otras tareas.

Por eso, entender bien su formación tiene implicaciones para múltiples áreas de la biomedicina.

"Son componentes críticos de las células. Aquí captamos cómo es el proceso su formación dentro de células humanas. Dado el papel fundamental de los microtúbulos en la biología celular, esto podría eventualmente conducir a nuevos enfoques terapéuticos para una amplia gama de trastornos", explica el profesor de investigación ICREA Thomas Surrey, investigador del CRG y coautor principal del artículo.

Un anillo molecular

Las imágenes en alta resolución ahora obtenidas responden una pregunta que lleva años en el aire: cómo empieza la formación de los microtúbulos en las primeras etapas de la división celular.

Ahora se sabe que todo arranca cuando se cierra, formando un anillo, una compleja estructura formada por varias proteínas llamada gTuRC.

Cuando se descubrió gTuRC, su forma sorprendió a los investigadores: Sus dimensiones y forma eran incompatibles con las de un molde de los microtúbulos.

El nuevo trabajo desvela el mecanismo por el que gTuRC se convierte en un molde perfecto, capaz de lanzar la formación de los microtúbulos.

Para visualizar este proceso, el equipo ha purificado gTuRC de células humanas, ha reproducido el proceso de iniciación de los microtúbulos en el tubo de ensayo y las ha observado con crío-microscopios electrónicos.

Los microtúbulos en construcción se observaron en la Plataforma de Criomicroscopía Electrónica del IBMB-CSIC, situada en el Centro Conjunto de Microscopía Electrónica (JEMCA), dentro del Sincrotrón ALBA.

Al tener más de un millón de microtúbulos en distintas fases de crecimiento, los investigadores tenían los 'fotogramas' de una película en alta resolución, únicamente debían ordenarlos correctamente para ver la película, una tarea que hizo el equipo del CNIO con técnicas de inteligencia artificial.

El resultado muestra estructuras tridimensionales a resolución atómica que representan las distintas etapas de cómo se inicia la construcción de un microtúbulo, y de cómo el anillo de ?-TuRC se convierte en el molde que lanza la formación de los microtúbulos.

Este conocimiento básico será útil para aprender a corregir los errores en el funcionamiento de los microtúbulos, que se asocian al cáncer, a trastornos del desarrollo neurológico y a otras afecciones que van desde los problemas respiratorios a las cardiopatías.

"Algunos de los fármacos utilizados hoy para tratar el cáncer impiden la formación o la dinámica de los microtúbulos", pero estos fármacos "afectan a los microtúbulos indiscriminadamente, tanto en células de cáncer como en sanas, dando lugar a efectos secundarios", comenta Llorca.