Investigadores de la Universidad de Harvard identificaron una característica hasta ahora desconocida en los ribosomas de determinados pulpos que les permite fabricar proteínas con una precisión mayor que la observada en otras especies analizadas. El mecanismo está asociado con una ruptura particular en una molécula de ARN ribosomal y, en experimentos de laboratorio, produjo menos errores y una menor acumulación de proteínas defectuosas. Los científicos consideran que comprender este proceso podría aportar nuevas pistas para estudiar enfermedades neurodegenerativas caracterizadas por la acumulación de proteínas mal plegadas, entre ellas el Alzheimer.

El trabajo, publicado en la revista Current Biology, fue encabezado por Nicholas Bellono, profesor de biología molecular y celular de Harvard, junto con Amy Lee, de la Facultad de Medicina de Harvard y el Instituto Oncológico Dana-Farber. Los investigadores descubrieron que una de las cadenas de ARN que integra el ribosoma aparece separada en dos partes en los pulpos examinados.

Los ribosomas son estructuras celulares encargadas de interpretar la información genética y utilizarla para ensamblar proteínas. Durante ese proceso deben seleccionar los aminoácidos correctos en cada posición. Un error puede producir proteínas mal formadas que, en determinadas circunstancias, pueden acumularse dentro de las células.

Una ruptura del ARN que aumenta la precisión

El equipo comprobó que la separación del ARN aparecía en diferentes tejidos y etapas de la vida de los pulpos estudiados. El gen que contiene las instrucciones para fabricar esa molécula permanece completo, por lo que el corte no procede directamente de una mutación del ADN. La división ocurre después de que el ARN ya fue producido y sus dos fragmentos permanecen asociados dentro del ribosoma.

Para determinar si el fenómeno era exclusivo de estos animales, los investigadores compararon muestras con células humanas y distintas especies, entre ellas calamares, sepias, liebres de mar, mejillones, lombrices, sanguijuelas y peces. Ninguna presentó la misma estructura encontrada en los pulpos analizados.

Las pruebas permitieron además estudiar cómo esa modificación afecta la fabricación de proteínas. Los ribosomas de pulpo se unieron cuatro veces menos que los del calamar a moléculas transportadoras que contenían aminoácidos similares, pero incorrectos para la posición que debían ocupar.

En otro ensayo diseñado para detectar errores durante la producción de proteínas, los ribosomas de pulpo registraron la menor cantidad de fallas entre los cuatro sistemas comparados. Los científicos reprodujeron posteriormente una modificación equivalente en la bacteria E. coli y observaron que la precisión aproximadamente se duplicaba sin una reducción de la velocidad de producción.

Menos acumulaciones de proteínas defectuosas

Los investigadores analizaron posteriormente tejidos nerviosos y encontraron acumulaciones más pequeñas de proteínas defectuosas en los pulpos que en los calamares. También registraron una menor cantidad de material insoluble respecto de este último animal y de la liebre de mar.

Para comprobar la relación entre precisión ribosomal y acumulación de proteínas, aplicaron G418, un antibiótico que aumenta los errores cometidos por los ribosomas, sobre tejidos de brazos de pulpo mantenidos en laboratorio. Después del tratamiento crecieron las acumulaciones de proteínas defectuosas y las características del tejido se aproximaron a las observadas en el calamar.

Los resultados sugieren que la elevada precisión de los ribosomas podría contribuir a limitar la producción de proteínas incorrectas. La acumulación y agregación de proteínas mal plegadas también aparece en diferentes enfermedades neurodegenerativas humanas, aunque los autores no demostraron que el mecanismo del pulpo pueda prevenir o tratar directamente patologías como el Alzheimer.

El hallazgo proporciona, en cambio, un modelo biológico para investigar cómo las células pueden mejorar el control de calidad durante la síntesis de proteínas. Identificar los mecanismos responsables podría ayudar a entender mejor qué ocurre cuando esos sistemas pierden eficacia en tejidos humanos.

La particular edición de ARN de los cefalópodos

El descubrimiento también fue relacionado con otra característica de algunos cefalópodos: su capacidad para modificar ampliamente el ARN después de copiar la información contenida en el ADN. Estas ediciones pueden producir diferentes versiones de una proteína a partir de un mismo gen y se registran en hasta unos 130.000 sitios dentro de genes vinculados con la producción proteica.

Ese nivel de modificación ofrece flexibilidad, pero también podría aumentar el riesgo de que el ribosoma interprete incorrectamente determinados mensajes. Los investigadores plantean que la estructura encontrada en los pulpos puede actuar como una especie de filtro que mantiene elevada la precisión mientras el animal aprovecha esa capacidad de edición.

En las pruebas, los ribosomas humanos presentaron mayores dificultades frente a mensajes intensamente editados. Los del calamar, por su parte, produjeron hasta diez veces más proteína a partir de determinados mensajes modificados, mientras que los de pulpo mantuvieron cantidades similares independientemente de la edición.

«Uno podría imaginar lo útil que resulta esto para ampliar las posibilidades de lo que pueden hacer los genes individuales, pero también significa que el genoma pierde la información que codifica si se edita demasiado», explicó Bellono. Su equipo considera que el aumento de precisión podría haber evolucionado como una forma de compensar ese riesgo.

Un mecanismo cuyo origen todavía se desconoce

La característica tampoco aparece de la misma manera en todos los pulpos. Los investigadores la encontraron en especies de aguas poco profundas, mientras que un ejemplar del género Grimpoteuthis, recolectado a 406 metros de profundidad, conservaba el ARN sin dividir.

También identificaron una región de ocho componentes del ADN próxima al punto donde se produce la separación que permaneció prácticamente sin cambios durante cerca de 100 millones de años de evolución entre determinados pulpos. Esa conservación sugiere que podría cumplir una función biológica importante.

Todavía se desconoce qué mecanismo celular realiza exactamente el corte del ARN y por qué apareció durante la evolución de estos animales. Tampoco existen herramientas suficientemente desarrolladas para modificar genéticamente pulpos y observar directamente todo el proceso dentro de un ejemplar vivo.

El vínculo con enfermedades como el Alzheimer permanece por ahora en el terreno de la investigación básica. El hallazgo no constituye un tratamiento ni demuestra que reproducir el mecanismo en humanos pueda evitar la neurodegeneración, pero ofrece una nueva forma de estudiar cómo determinados organismos reducen los errores durante la producción de proteínas y limitan su acumulación en el tejido nervioso.