Hallazgo inesperado sobre la barrera hematoencefálica

Unos científicos han descubierto un mecanismo clave que interviene en el funcionamiento de la barrera hematoencefálica, no solo en función de qué proteínas están presentes, sino también de cómo se utilizan de manera dinámica.

La investigación en la que se ha hecho el hallazgo la han liderado especialistas del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), en colaboración con la Plataforma de Proteómica del Instituto de Investigación Biomédica de Barcelona (IRB Barcelona). El equipo que ha realizado el estudio está integrado, entre otros, por Alba Tomás-Sitjes y Daniel Gonzalez-Carter, del IBEC.

La investigación muestra que las células endoteliales cerebrales, que forman la barrera hematoencefálica, presentan un “perfil endocítico” único que describe la velocidad a la que las proteínas se internalizan, reciclan o degradan; es decir, cuánto tiempo permanecen activas en la superficie celular. Esta propiedad, conocida como tasa de recambio endocítico (del inglés endocytic turnover rate, ETOR), emerge como un factor clave en la especialización de la barrera y se ve alterada en condiciones inflamatorias.

“Mediante una colaboración que integra biología celular, proteómica, bioinformática y matemáticas, nos preguntamos si la especialización de la barrera hematoencefálica se debe no solo a las proteínas que expresa, sino también a cómo las utiliza”, explica Daniel Gonzalez-Carter, investigador sénior del grupo de Biónica Molecular del IBEC.

Daniel Gonzalez-Carter. (Foto: Instituto de Bioingeniería de Cataluña)

“Estos hallazgos pueden ayudar a identificar nuevas estrategias terapéuticas para restaurar la salud neurovascular”, añade Giuseppe Battaglia, científico contratado por la Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados (ICREA) en el IBEC, investigador principal del grupo de Biónica Molecular y coautor del estudio.

La barrera hematoencefálica es una interfase altamente selectiva que protege el cerebro al tiempo que permite el paso de nutrientes y señales esenciales. Tradicionalmente, su función se ha explicado a partir de la identidad y la abundancia de las proteínas presentes en la superficie de las células endoteliales.

Sin embargo, se ha venido dudando sobre en qué grado la regulación dinámica de estas proteínas, el llamado perfil ETOR, puede contribuir a las propiedades únicas de las células endoteliales cerebrales. Asimismo, se ha venido desconociendo si esta regulación dinámica cambia en condiciones patológicas y afecta al funcionamiento de la barrera.

Utilizando técnicas avanzadas de proteómica, el equipo analizó cómo se comportan a lo largo del tiempo casi 1000 proteínas de membrana en células endoteliales de rata procedentes del cerebro y de otros órganos. Los autores del estudio descubrieron que el tiempo que estas proteínas permanecen en la superficie celular constituye una capa adicional e independiente de regulación.

Los investigadores identificaron un perfil ETOR específico en las células endoteliales cerebrales que las diferencia claramente de las de otros órganos, incluso cuando la composición proteica es relativamente similar.

En concreto, las proteínas implicadas en el transporte mostraron tasas de recambio elevadas, lo que probablemente favorece un suministro eficiente de nutrientes al cerebro. Por el contrario, las proteínas de unión celular, esenciales para mantener la estanqueidad de la barrera, presentaron tasas de recambio bajas, lo que garantiza su estabilidad estructural.

De forma crucial, estas dinámicas no estaban correlacionadas con la abundancia de proteínas, lo que demuestra que el ETOR constituye una característica reguladora independiente de la función endotelial.

La inflamación reconfigura el comportamiento de la barrera

El estudio también muestra que la patología altera estas dinámicas. Cuando se exponen a señales inflamatorias, las células endoteliales cerebrales mantienen una composición proteica global similar, pero su comportamiento cambia: su perfil ETOR se modifica significativamente.

“Observamos que las células endoteliales cerebrales gestionan las proteínas de una forma muy específica que las distingue de los vasos sanguíneos del resto del organismo. Lo importante es que este comportamiento especializado se altera durante la inflamación, haciendo que se comporten más como vasos sanguíneos periféricos típicos y debilitando potencialmente su capacidad para proteger el cerebro”, explica Gonzalez-Carter.

Asimismo, los investigadores comprobaron que los cambios en la abundancia de proteínas reflejan principalmente respuestas inmunitarias. Sin embargo, los cambios en el ETOR revelan procesos relacionados con la remodelación vascular. Esto sugiere que centrarse únicamente en los niveles de proteínas puede hacer que se pasen por alto mecanismos clave de la enfermedad.

Implicaciones para la salud cerebral y el desarrollo de terapias

Estos hallazgos abren nuevas vías para comprender cómo se regula la barrera hematoencefálica tanto en condiciones normales como patológicas. Dado que esta barrera desempeña un papel central en trastornos neurológicos —como la enfermedad de Alzheimer, las consecuencias del ictus o la neuroinflamación, entre otros—, identificar los mecanismos que controlan su integridad resulta fundamental.

Al poner de relieve el ETOR como una dimensión reguladora clave, el estudio también podría contribuir a desarrollar estrategias para restaurar la función de la barrera, mejorar la administración de fármacos al cerebro e identificar nuevas dianas terapéuticas que ayuden a proteger o restablecer la salud cerebral.

El estudio se titula “Endocytic turnover of endothelial cell-membrane proteins as a driver of rat blood-brain barrier specialization and dysfunction”. Y se ha publicado en la revista académica iScience. (Fuente: Instituto de Bioingeniería de Cataluña)