Un nuevo mecanismo para la codificación de información en las células

Pulsos de dos proteínas en una simulación de un circuito con realimentación negativa / UPF

Un equipo de investigadores ha descubierto un nuevo mecanismo para la generación de pulsos de actividad de proteínas, que permiten a las células codificar y procesar información de forma similar a cómo lo hacen los ordenadores y los sistemas de comunicaciones digitales.

 

El estudio, liderado por Jordi Garcia-Ojalvo, director del Laboratorio de Dinámica de Sistemas Biológicos de la Universidad Pompeu Fabra, ha sido publicado en la revista Cell Systems.

 

UPF / Los sistemas vivos se tienen que adaptar a los cambios de su entorno, por ejemplo a variaciones en nutrientes o estrés, y para ello cuentan con numerosos circuitos de genes y proteínas que se encargan de generar la respuesta adecuada en cada momento.

El estudio muestra que una realimentación negativa, que es muy habitual en las células, es suficiente para generar pulsos

Recientemente se ha descubierto que estas respuestas pueden tener la forma de pulsos de activación de proteínas, sin una periodicidad clara pero con unas propiedades estadísticas muy definidas (como por ejemplo la media del número de pulsos por unidad de tiempo). Estas propiedades dependen de las señales externas que recibe la célula, de la misma forma que un sistema digital almacena información.

En muchos casos, el mecanismo molecular responsable de la generación de estos pulsos no es conocido. En los casos en que sí lo es, se ha atribuido a una combinación de interacciones moleculares de realimentación negativa – en que un gen o una proteína se inhibe a sí mismo – y positiva – en que el gen o la proteína se activan a sí mismos. El estudio muestra, en palabras de Rosa Martinez-Corral, la primera autora del artículo, que “una realimentación negativa, que es muy habitual en las células, es suficiente para generar pulsos”.

El trabajo abre la puerta a una mejor comprensión del funcionamiento celular y contribuir al diseño de nuevas aplicaciones biotecnológicas en el campo de la biología sintética

“Para llegar a esta conclusión, hemos analizado modelos matemáticos de interacciones de realimentación negativa y hemos visto que por sí mismos ya son suficientes para generar esta dinámica”, dice Jordi Garcia-Ojalvo, catedrático de Biología de Sistemas del Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud (DCEXS).

El estudio permite explicar cómo se generan pulsos en aquellos casos en que no hay interacciones de realimentación positiva conocidas, lo cual es muy frecuente. “El estudio abre la puerta a una mejor comprensión del funcionamiento celular, que puede contribuir al diseño de nuevas aplicaciones biotecnológicas en el campo de la biología sintética, o a entender por qué las células no responden adecuadamente a señales externas como en el caso del cáncer”, concluye.

Referencia bibliográfica: 
Rosa Martinez-Corral, Elba Raimundez, Yihan Lin, Michael B Elowitz, Jordi Garcia-Ojalvo. Self-amplifying pulsatile protein dynamics without positive feedback. Cell Systems, October 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cels.2018.08.012

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