Cuando se inhibe la enzima DYRK3, se producen defectos mitóticos (rojo: gotitas, verde: huso, azul: ADN). Crédito: Arpan Rai, UZH

Cuando una célula se divide, sus componentes suelen estar distribuidos uniformemente entre las células hijas. Investigadores de la Universidad de Zurich ahora han identificado una enzima que garantiza que los constituyentes celulares que se concentran en orgánulos sin membrana se distribuyan adecuadamente. Su descubrimiento abre nuevas oportunidades para el tratamiento del cáncer, las enfermedades neurodegenerativas, los procesos de envejecimiento y las infecciones virales.

Como todo cocinero ha experimentado: cuando se mezclan vinagre balsámico y aceite de oliva, ambos líquidos se separan. Las gotas de vinagre redondo se forman, que luego flotan en la superficie del aceite. En términos físicos, esto constituye la formación de dos fases en el líquido. La separación de fase de las moléculas también tiene lugar dentro . Aquí, se forman gotas líquidas en el plasma celular.

La separación de fases garantiza la distribución de los componentes de la celda

Investigadores del laboratorio de Lucas Pelkmans, profesor del Instituto de Ciencias de la Vida Molecular de la Universidad de Zurich (UZH), descubrieron que una clase de enzimas, que son quinasas de doble especificidad, controlan activamente este proceso en las células. Cuando una célula se divide, la enzima DYRK3 promueve la mezcla de las fases. Esto garantiza que las células puedan construir correctamente la maquinaria para separar los cromosomas y dividir el contenido de la celda. Después de la división, la enzima se descompone y las fases individuales comienzan a formarse nuevamente. Si todo va según lo planeado, el material genético, los orgánulos y los contenidos de las células se distribuirán correctamente entre las células hijas. “Estos hallazgos fundamentales nos dan ideas completamente nuevas sobre la división celular: como un proceso en el que los contenidos de las células se mezclan y luego vuelven a separarse”, dice Lucas Pelkmans.

En esta serie de fotogramas de una película, se observa la separación de fases de una proteína al inhibir la enzima DYRK3. Crédito: Arpan Rai, UZH

Gran potencial para el cáncer y las enfermedades neurodegenerativas

El conocimiento de que este proceso físico-químico en las células está activamente regulado por las enzimas es muy relevante para la investigación y el tratamiento de diversas enfermedades ampliamente difundidas. Si durante no funciona correctamente, la separación de los cromosomas es incompleta y luego se distribuyen incorrectamente a las células hijas, una característica significativa de numerosos tipos de cáncer. Muchos defectos proteicos que posiblemente causan problemas neurodegenerativos también son presumiblemente la consecuencia de una falla intracelular separación. “Gracias al descubrimiento de qué proteínas controlan la separación de fases, se pueden buscar nuevas estrategias para evitar errores en este proceso”, dice Pelkmans.

Controlar los procesos de envejecimiento y tratar las infecciones virales

Tanto la distribución de los contenidos de la celda a través de la y la retención específica de componentes “viejos” en una célula son procesos importantes en el envejecimiento. En este caso, también, una mezcla y separación finamente controlada de fases es una importante eso determina el destino de las celdas. Otra posible aplicación sería : Cuando los virus infectan las células, a menudo desencadenan la separación de fases de las moléculas. De esta forma, crean áreas aisladas en las que se pueden formar nuevos virus. Las infecciones virales también son el origen del descubrimiento de los científicos UZH. “Dado que ahora sabemos que estas enzimas controlan la separación de fases intracelulares durante las infecciones virales, podemos investigar nuevas terapias antivirales”, dice Pelkmans.


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Más información: Arpan Kumar Rai y otros Transición de fase controlada por quinasa de orgánulos sin membranas en la mitosis, Naturaleza (2018) DOI: 10.1038 / s41586-018-0279-8