Revelan mecanismos de acción de una proteína clave para la vida celular

Las mitocondrias son orgánulos esenciales para la fisiología celular. Conocidas como “las plantas de suministro energético de la célula”, son estructuras microscópicas que generan la energía necesaria para impulsar prácticamente todas las funciones celulares de los organismos. Además, regulan la muerte celular y la homeostasis del calcio, manteniendo su equilibrio dentro de la célula, lo cual es vital para la salud celular.

Las mitocondrias están separadas del resto de la célula por una doble membrana. Para mantener su funcionamiento óptimo, las mitocondrias pasan por procesos continuos de división (fisión) y unión (fusión). Un desequilibrio en estos procesos puede causar enfermedades graves, tales como trastornos neurodegenerativos, problemas cardíacos y cáncer. La fusión mitocondrial es dirigida y controlada por proteínas especializadas, como la Mitofusina 2 (Mfn2). Este proceso implica la unión de física de las membranas de dos mitocondrias para formar una sola.

Un estudio reciente liderado por Alejandro Peñalva, investigador del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) en el Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Bahía Blanca (INIBIBB, CONICET-UNS), en Argentina todas estas instituciones, e Iván López Montero, de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) en España, logró visualizar por primera vez cómo Mfn2 controla el proceso de fusión mitocondrial a nivel molecular.

El hallazgo fue recientemente publicado en la revista académica PNAS, de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos.

“Conocer cómo funciona Mfn2 a nivel molecular es un avance significativo para desarrollar aplicaciones en salud y avanzar en investigaciones biomédicas futuras. Esta información puede ser útil, por ejemplo, para desarrollar terapias más efectivas para tratar afecciones neuromusculares causadas por mutaciones en el gen que codifica esta proteína y conocer las interacciones moleculares en enfermedades como la enfermedad de Charcot-Marie-Tooth 2A, un trastorno genético que afecta los nervios periféricos, causando debilidad muscular y atrofia en pies, piernas y manos”, explica Peñalva.

Alejandro Peñalva trabajando con el microscopio. (Foto: CONICET Bahía Blanca. CC BY 2.5 AR)

En colaboración con el equipo de UCM, los especialistas lograron desarrollar un protocolo innovador para clonar y producir la Mfn2 en células de mamífero. Mediante cromatografía de afinidad, se logró purificar esta proteína, a partir de mitocondrias aisladas, y se incorporó en membranas mitocondriales modelo (artificiales) biomiméticas. De esta manera, se identificaron las condiciones y elementos mínimos necesarios para que Mfn2 realice su función, lo que ha permitido asignar la ruta de fusión de membranas por la que actúan estas proteínas.

“Tras agregar los elementos necesarios, empleamos videomicroscopía de alta velocidad para identificar el mecanismo por el cual ocurre el proceso de fusión de membrana dependiente de Mfn2”, detalla el investigador.

En una etapa posterior, durante una estancia en el Instituto Laue Langevin en Grenoble, Francia, los científicos realizaron experimentos de reflectometría de neutrones. Estos estudios proporcionaron información novedosa sobre los aspectos estructurales de la proteína, en los cuales se profundizará en una investigación futura.

Los resultados obtenidos revelaron las condiciones moleculares mínimas necesarias para que la fusión ocurra, incluyendo la proporción adecuada entre lípidos y la proteína, así como la composición específica de los lípidos que componen la membrana.

“Estos hallazgos no solo contribuyen a una mejor comprensión de la dinámica mitocondrial, sino que también abren nuevas vías para el desarrollo de estrategias farmacológicas que puedan contrarrestar las patologías asociadas con la disfunción de Mfn2”, concluyó el investigador del CONICET. (Fuente: Pía Squarcia / CONICET Bahía Blanca. CC BY 2.5 AR)