Investigando la agregación de TDP-43 en la ELA

Las Enfermedades neurodegenerativas son condiciones que llevan a la destrucción gradual de las células nerviosas. Una de las cosas más notables de estas enfermedades es la formación de grumos o agregados de proteínas dentro del cerebro. Por ejemplo, en la enfermedad de Alzheimer, la proteína Tau forma agregados, mientras que en la enfermedad de Parkinson, la proteína α-sinucleína hace lo mismo. En pruebas de laboratorio, los investigadores han encontrado que estas proteínas problemáticas pueden disolverse en soluciones cuando están aisladas. Sin embargo, cuando las condiciones cambian, estas proteínas pueden empezar a agruparse.

En las células vivas, estas proteínas generalmente permanecen solubles, a pesar de que la célula es un ambiente abarrotado. Por ejemplo, simplemente agregar más proteínas Tau o α-sinucleína en una célula no lleva a la formación de agregados. Esta observación plantea una pregunta importante: ¿cómo se forman estos agregados dentro de las células y qué causa que una proteína soluble se vuelva insoluble y se agrupe?

Una enfermedad neurodegenerativa devastadora es la esclerosis lateral amiotrófica (ELA). Esta enfermedad afecta principalmente a las neuronas motoras y causa debilidad muscular y muerte en pocos años después de que comienzan los síntomas. Una proteína que a menudo se relaciona con la ELA es TDP-43. Esta proteína tiene roles importantes en la regulación de genes y producción de proteínas. En células sanas, el TDP-43 se encuentra principalmente en el núcleo, donde lleva a cabo sus funciones. Sin embargo, en momentos de estrés, el TDP-43 puede filtrarse al resto de la célula donde puede formar agregados en alrededor del 97% de los casos de ELA y en muchos casos de condiciones relacionadas.

La Agregación de TDP-43 puede resultar en pérdida de función y también puede llevar a toxicidad al secuestrar componentes celulares esenciales. Esto representa un gran desafío en la investigación de la ELA, con una gran necesidad de identificar qué desencadena la agregación de TDP-43.

La investigación sugiere que el proceso de agregación podría comenzar con un cambio en la estructura de TDP-43, específicamente en una parte de la proteína que cambia de una forma helicoidal a una estructura más estable llamada hoja cruzada-β. Aunque las mutaciones en la proteína pueden acelerar este proceso, el TDP-43 también puede agregarse sin mutaciones en muchos casos de ELA. A pesar de entender algunos cambios estructurales que llevan a los agregados de TDP-43, los desencadenantes específicos de la agregación dentro de las células no se conocen aún. El Estrés Oxidativo, que puede dañar las células, se ha propuesto como una posible causa, pero la relación exacta entre el estrés oxidativo y TDP-43 sigue siendo poco clara.

La conexión entre la ELA y los Gránulos de Estrés también es interesante. Los gránulos de estrés son condensados formados en el citoplasma cuando las células están bajo estrés. Estos gránulos contienen ARN y proteínas que ayudan a las células a responder a condiciones difíciles. Algunas de las proteínas en los gránulos de estrés se han relacionado con la ELA, lo que ha llevado a la hipótesis de que los gránulos de estrés podrían jugar un papel en esta enfermedad.

Sin embargo, el papel de estas estructuras celulares en la promoción de la agregación de TDP-43 sigue siendo debatido. Hay evidencia de que los agregados de TDP-43 contienen proteínas que normalmente se encuentran en los gránulos de estrés, pero otros estudios sugieren que la agregación puede ocurrir fuera de estos gránulos. Debido a estos resultados conflictivos, ha sido desafiante llegar a conclusiones claras sobre la participación de los gránulos de estrés en la agregación de TDP-43.

Este estudio busca aclarar el papel de los gránulos de estrés en la agregación de TDP-43. A través de una serie de experimentos, incluyendo pruebas bioquímicas y simulaciones por computadora, la investigación demuestra que la agregación de TDP-43 requiere tanto un aumento en la concentración de la proteína como la presencia de estrés oxidativo.

Primero, los gránulos de estrés hacen que los niveles de TDP-43 aumenten, superando un punto crítico necesario para la agregación. En segundo lugar, el estrés oxidativo provoca cambios en la estructura de la proteína, llevando a la formación de grumos. Juntos, estos dos factores inician un proceso donde el TDP-43 se concentra dentro de los gránulos de estrés, que luego cambia a una fase rica en TDP-43 que puede llevar a agregados. Todo este proceso es impulsado por cambios locales en la proteína.

En experimentos realizados en células, los investigadores encontraron que cuando el TDP-43 estaba presente en bajas cantidades, permanecía distribuido uniformemente. Con una cantidad moderada, el TDP-43 comenzó a formar pequeños grupos dentro de los gránulos de estrés. Sin embargo, cuando la cantidad alcanzó niveles altos, el TDP-43 se transformó en agregados densos, independientes de los gránulos de estrés.

Al observar los gránulos de estrés mediante técnicas de imagen avanzadas, se observó evidencia de este proceso de agrupamiento. La imagenología en tiempo real reveló que el TDP-43 comenzó a separarse de otras moléculas en los gránulos de estrés. Inicialmente, estaba mezclado con otras proteínas, pero pronto comenzó a formar gotas distintas, indicando una transición a una fase rica en TDP-43.

Además, dentro de estos grupos, el TDP-43 mostró un comportamiento similar al de un líquido al principio, pero progresivamente se volvió más sólido con el tiempo. Este cambio fue evidenciado por la desaceleración del movimiento de TDP-43, una característica de la transición de un estado fluido a uno más estable. Los grupos de TDP-43 fueron identificados por diferentes marcadores que indican agregación de proteínas.

Los investigadores también exploraron si el TDP-43 podría formar agregados en ausencia de estrés oxidativo. Las pruebas mostraron que sin condiciones oxidativas, el TDP-43 permanecía dinámico y no pasaba por el mismo proceso de agrupamiento. Este hallazgo subraya la necesidad de estrés oxidativo en la inducción de la agregación de TDP-43.

Para probar cómo la oxidación impacta el agrupamiento de TDP-43, los científicos utilizaron un sistema simplificado en el laboratorio. Encontraron que cuando el TDP-43 fue sometido a condiciones oxidativas, era más propenso a formar grumos. Esto indica que la oxidación y la concentración juegan papeles clave en la inducción de la agregación de TDP-43.

Al investigar más a fondo cómo TDP-43 interacciona a nivel molecular, los investigadores utilizaron simulaciones en una computadora. Descubrieron que ciertas partes de TDP-43 mostraron interacciones que promovían el agrupamiento, especialmente cuando estaban expuestas a condiciones oxidativas. Estas interacciones eran principalmente impulsadas por cambios estructurales dentro de la proteína, notablemente en regiones que permiten el enlace entre las moléculas de TDP-43.

Con estas ideas, los científicos diseñaron variantes de TDP-43 que resistían el proceso de agrupamiento. Al estudiar estas variantes en células, descubrieron que prevenir la separación detenía la formación de agregados patológicos. Esto sugiere que dirigirse al proceso de agregación, específicamente a través de gránulos de estrés, podría servir como un posible camino de tratamiento para trastornos asociados con TDP-43.

En resumen, la agregación de TDP-43 es compleja y depende de dos eventos principales: un aumento en la concentración y estrés oxidativo. Estos factores juntos inducen una transición dentro de los gránulos de estrés que lleva a la formación de agregados dañinos. Al entender mejor este proceso, los investigadores esperan encontrar soluciones potenciales para tratar la ELA y otras enfermedades neurodegenerativas relacionadas.

#Conclusión

Esta investigación arroja luz sobre el papel de los gránulos de estrés en la agregación de TDP-43 dentro de las enfermedades neurodegenerativas. El estudio destaca cómo los procesos celulares internos pueden promover la formación de agregados proteicos tóxicos, que son centrales en la patología de la ELA. Al desentrañar estos mecanismos, se pueden desarrollar nuevas estrategias terapéuticas para atacar las causas de estas condiciones incapacitantes.