Los Premios Nobel de 2013 rinden homenaje a tres científicos que han resuelto el misterio de cómo organiza la célula su sistema de transporte. Cada célula representa una fábrica que produce y exporta moléculas. Por ejemplo, la insulina se sintetiza y se libera en la sangre y las señales químicas llamadas neurotransmisores son enviadas de una neurona a otra. En la célula, tales moléculas son transportadas en pequeñas bolsas llamadas vesículas. Los tres ganadores del Premio Nobel han descubierto los principios moleculares que gobiernan la entrega de la carga vesicular en la célula, en el lugar y el momento adecuados.
Randy Schekman descubrió un conjunto de genes que resultan necesarios en el tráfico de vesículas. James Rothman desentrañó la maquinaria proteica que permite la fusión de las vesículas con su objetivo para poder transferir su carga. Thomas Südhof reveló cómo ciertas señales dirigen la descarga precisa del contenido de las vesículas.
Con sus hallazgos, Rothman, Schekman y Südhof han revelado el sistema extraordinariamente preciso que rige el transporte y la entrega de la carga celular. Las alteraciones en este sistema tienen efectos nocivos y contribuyen a varias tipos de dolencias, entre ellas neuropatologías, diabetes y trastornos inmunitarios.
El transporte en la célula
En un puerto grande y concurrido, se requieren sistemas para asegurar que la cargas se envíen al destino correcto y en el momento adecuado. La célula, con sus diferentes compartimentos llamados orgánulos, se enfrenta a un problema similar. Las células producen moléculas (hormonas, neurotransmisores, citocinas y enzimas) que deben ser entregadas a otros lugares dentro de la célula o fuera de ella, en un momento determinado. La precisión en el tiempo y la ubicación resulta fundamental. Vesículas minúsculas, similares a burbujas, rodeadas por una membrana, transportan la carga de un orgánulo a otro o se fusionan con la membrana celular externa para liberar su contenido al exterior. Ello reviste una enorme importancia, ya que desencadena la activación nerviosa en el caso de las sustancias neurotransmisoras, o controla el metabolismo en el caso de las hormonas. ¿Cómo saben esas vesículas dónde y cuándo deben entregar su carga?
La congestión de tráfico revela controladores genéticos
Randy Schekman sentía fascinación por el modo en que la célula organizaba su sistema de transporte y, en la década de los años setenta del siglo XX decidió estudiar la base genética de ese sistema mediante el uso de la levadura como organismo modelo. Mediante análisis genético, identificó células de levadura que presentaban una maquinaria de transporte defectuosa, lo que daba lugar a un reparto desorganizado. Las vesículas se acumulaban en ciertas partes de la célula y Schekman descubrió que la causa de esa congestión era genética. Identificó tres clases de genes que controlan diferentes facetas del sistema de transporte de la célula.
Acoplamiento preciso
James Rothman también se sintió intrigado por la naturaleza del sistema de transporte de la célula. Cuando estudiaba el transporte vesicular en las células de mamíferos en los ochenta y los noventa, descubrió que un complejo proteico permitía que las vesículas se anclaran y fusionaran con la membrana en cuestión. En el proceso de fusión, las proteínas de la vesícula y de la membrana se unen entre sí de modo parecido a los dos lados de una cremallera. El hecho de que existan numerosos tipos de esas proteínas y que se unan solo en combinaciones específicas asegura que la carga se entregue en una ubicación precisa. El mismo principio opera dentro de la célula y cuando una vesícula se une a la membrana externa de la célula para liberar su contenido.
Resultó que algunos de los genes que Schekman había descubierto en la levadura codificaban las mismas proteínas que Rothman identificó en mamíferos, lo que revela un origen evolutivo antiguo del sistema de transporte. Ambos investigadores determinaron juntos el mapa de los elementos fundamentales de la maquinaria de transporte celular.
El tiempo lo es todo
Thomas Südhof estaba interesado en el modo en que se comunican las neuronas entre sí. Las moléculas de señalización, o neurotransmisores, son liberadas desde unas vesículas que se fusionan con la membrana externa de las neuronas mediante la maquinaria descubierta por Rothman y Schekman. Pero tales vesículas solo pueden liberar su contenido cuando la neurona emite señales a neuronas vecinas. ¿Cómo se controla la liberación de una manera precisa? Se sabía que los iones de calcio intervenían en ese proceso y, en la década de los noventa, Südhof buscó proteínas sensibles al calcio en las neuronas. Identificó la maquinaria molecular que respondía a una afluencia de iones de calcio y enviaba proteínas para que se unieran a las vesículas de la membrana externa de la neurona, de modo que se liberaban las sustancias señalizadoras. El hallazgo de Südhof explicaba cómo era controlada la liberación del contenido vesicular y cómo se lograba la precisión temporal.
El transporte vesicular en los procesos patológicos
Los tres ganadores del Premio Nobel han descubierto un proceso fundamental de la fisiología celular. Los hallazgos han tenido un impacto importante en nuestra comprensión de cómo se entregan sustancias en el momento y lugar adecuados, dentro y fuera de la célula. El transporte con vesículas y la fusión funcionan con los mismos principios generales en organismos tan diferentes como la levadura y el hombre. El sistema resulta fundamental para una variedad de procesos fisiológicos en la que debe controlarse la fusión de vesículas, entre ellos la señalización en el cerebro y la liberación de hormonas y de citocinas inmunitarias. El transporte defectuoso de vesículas se ha observado en una variedad de enfermedades, entre las que se incluyen una serie de trastornos neurológicos e inmunitarios, así como la diabetes. Sin esta organización extraordinariamente exacta, la célula podría caer en el caos.
Uno de los autores galardonados, James Rothman, ha publicado varios artículos en Investigación y Ciencia sobre el tema, en concreto «Vesículas y transporte intracelular» (James E. Rothman y Lelio Orci; IyC 05/1996); «Organización compartimentada del aparato de Golgi» (James E. Rothman; IyC 11/1985); y «La formación de las membranas celulares» (Harvey F. Lodish y James E. Rothman; IyC 03/1979).
Nobel de fisiología o medicina 2013
