Por qué el ARN de los pulpos podría cambiar todo lo que se sabe sobre el Alzheimer

Un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard descubrió una característica única en los pulpos: una alteración en el ribosoma, la estructura celular que fabrica proteínas, que no aparece en ninguna otra especie analizada y que podría tener implicaciones para la salud humana. La investigación determinó que estos animales cuentan con una especie de “máquina” dentro de sus células que fabrica proteínas y que comete menos errores de lo normal.

Esa particularidad nace de una hebra de ARN partida en dos, exclusiva del pulpo entre todas las especies analizadas, que no es un defecto, sino una ventaja: hace que el ribosoma trabaje con mayor precisión y genere menos acumulaciones de proteínas mal formadas en el tejido nervioso.

Es decir, su manera de ensamblar proteínas tiene menos errores y residuos defectuosos, lo que podría reducir la acumulación de compuestos mal plegados en ese tejido, el mismo proceso que subyace a enfermedades como el Alzheimer. Es por este motivo que los investigadores creen que entender ese mecanismo podría abrir caminos para tratar enfermedades neurodegenerativas.

El estudio publicado en la revista Current Biology detalló la identificación de la hebra, es decir, una de las cadenas que forman una molécula de ARN, que aparece partida en 2 en todos los tejidos analizados. De acuerdo con Earth.com, el hallazgo llamó la atención de los investigadores porque el ribosoma suele conservar una estructura muy similar entre especies.

El trabajo fue encabezado por Nicholas Bellono, profesor de biología molecular y celular de la Universidad de Harvard, junto con Amy Lee, de la Facultad de Medicina de Harvard y el Instituto Oncológico Dana-Farber.

Un rasgo estable y exclusivo

Los científicos repitieron las pruebas varias veces y comprobaron que la rotura aparecía en el mismo lugar en todas las etapas de la vida del animal.

El gen que codifica esa cadena no presenta una interrupción, por lo que la separación no responde a una mutación del ADN, sino a un proceso celular posterior a la formación del ARN. Las 2 partes, además, permanecen unidas sin fusionarse de nuevo.

Para verificar que no se trataba de un error de laboratorio, el equipo abordó el problema desde varios frentes. Por eso analizó la presencia de esa rotura a lo largo del árbol evolutivo de distintos animales.

También logró observar en detalle la estructura del ribosoma del pulpo, examinó el efecto químico del corte y rastreó el ADN en cefalópodos. Ninguna de las otras especies evaluadas mostró esa característica.

Entre los organismos comparados figuraron células humanas, un calamar de aleta larga, una sepia, una liebre de mar, un mejillón azul, una lombriz de tierra, una sanguijuela y una piraña de vientre rojo.

Ante la falta de herramientas para modificar genéticamente los octópodos, los investigadores usaron un sistema alternativo.

Extrajeron ribosomas de un preparado celular de conejo y añadieron ribosomas purificados de pulpos silvestres, calamares de laboratorio, liebres de mar y células humanas. Todos tradujeron el mismo mensaje genético.

Menos errores en la fabricación de proteínas

Cuando se fabrican proteínas, se unen a piezas pequeñas llamadas aminoácidos, por medio de moléculas de ARN que las transportan. El problema aparece cuando el ribosoma se equivoca y acepta una incorrecta.

En esas pruebas, los ribosomas de pulpo se unieron 4 veces menos a transportadores “casi correctos” que los de calamar.

En un ensayo que solo emite señal cuando el compuesto proteico sale mal construido, los sistemas del pulpo fueron los que menos errores cometieron entre los 4 grupos comparados.

El estudio también replicó ese corte en la bacteria E. coli y observó que la precisión se duplicó sin que la velocidad disminuyera.

Sus autores vincularon esos resultados con un problema biológico amplio: cuando el código se interpreta de forma incorrecta, la célula incorpora un aminoácido equivocado que puede plegarse mal y adherirse a otras proteínas.

Esos agregados tienden a acumularse en el tejido nervioso a lo largo del tiempo. Al comparar los 4 animales, los científicos vieron que los nervios del pulpo tenían acumulaciones más pequeñas de compuestos defectuosos que los del calamar.

También detectaron menos material insoluble que en los tejidos de ese último cefalópodo mencionado y de la liebre de mar.

Experimentos en laboratorio

Los científicos estudiaron brazos de los moluscos en laboratorio y les aplicaron G418, un antibiótico que hace que los ribosomas cometan más errores al fabricar proteínas. El objetivo fue observar qué ocurría cuando se perdía precisión.

Después del tratamiento, los brazos de pulpo mostraron más acumulaciones defectuosas y su tejido se pareció más al del calamar.

Los ribosomas bacterianos con el corte genético fueron más precisos y generaron menos acumulaciones de proteínas defectuosas que los ribosomas sin modificar.

También relacionaron este mecanismo con otra particularidad de los cefalópodos: después de copiar la información del ADN al ARN, ambos realizan cambios de una sola letra en sus mensajes de ARN, en hasta 130.000 sitios de genes que contienen las instrucciones para fabricar proteínas.

Este proceso permite generar distintas proteínas a partir de un mismo gen, aunque también aumenta el riesgo de cometer errores.

Los ribosomas humanos se detienen ante una letra editada y no logran leer mensajes con una edición intensa. Los del calamar, en cambio, produjeron 10 veces más proteína a partir de mensajes editados que de mensajes sin editar.

Mientras que los del pulpo produjeron la misma cantidad de proteína en ambos casos.

“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 sostuvo que el ribosoma del pulpo podría funcionar como un filtro que permite el paso de algunas ediciones y bloquea otras.

Esa capacidad resultaría especialmente útil en un animal con cerca de 500 millones de células nerviosas, la mayoría ubicadas en los brazos, y con un sistema nervioso que puede variar su edición de ARN según las condiciones.

Preguntas abiertas sobre su origen

El trabajo también distinguió entre pulpos de aguas someras y especies de profundidad: los primeros, con sistemas nerviosos más complejos, conservan este rasgo; mientras que un ejemplar de Grimpoteuthis recolectado a 406 metros de profundidad mostró el ARN completo, sin rotura.

Además, detectaron que 8 componentes del ADN en la zona de separación se mantuvieron idénticos durante casi 100 millones de años de evolución de los pulpos de aguas poco profundas; esto es llamativo porque suele cambiar con el tiempo.

El equipo admitió que todavía no sabe cómo la célula produce ese corte y señaló que tampoco existen métodos consolidados para observar la fabricación de proteínas dentro de un pulpo vivo.