Hallan miles de microproteínas invisibles en el cerebro
Los investigadores han elaborado un atlas detallado de las diminutas proteínas del cerebro humano que durante mucho tiempo quedaron fuera de las bases de datos genéticas estándar. Muchas de ellas presentan alteraciones en la enfermedad de Alzheimer y, según han mostrado algunos experimentos, ciertas están relacionadas con el metabolismo energético de las células y la actividad de los genes. Sin embargo, todavía no se puede afirmar que estas moléculas provoquen la enfermedad: también podrían ser una consecuencia del daño cerebral.
Las microproteínas suelen tener menos de 150 aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas. Su reducido tamaño dificulta su detección mediante los métodos de laboratorio habituales. Se forman a partir de pequeños segmentos del código genético llamados marcos abiertos de lectura pequeños. Estos segmentos suelen encontrarse dentro de genes grandes o junto a ellos, por lo que, en los análisis convencionales, su actividad puede atribuirse por error al gen principal.
El equipo del Instituto Salk de Estudios Biológicos, dirigido por Brendan Miller y Alan Saghatelian, buscó microproteínas en la corteza frontal, una región del cerebro especialmente afectada por la enfermedad de Alzheimer. Primero, los científicos crearon su propia base de datos genética: mediante secuenciación de ARN estudiaron tejido de 12 cerebros humanos obtenidos tras la muerte y añadieron las instrucciones que encontraron al catálogo estándar de proteínas.
A continuación, los investigadores analizaron datos de espectrometría de masas de 610 muestras cerebrales. Este método identifica las proteínas por la masa de sus fragmentos. La búsqueda inicial detectó 4321 microproteínas; más de 3000 de ellas no figuraban en las bases de datos estándar revisadas manualmente. Para descartar errores, cotejaron los resultados con el perfilado de ribosomas —un método que muestra dónde leen el material genético las «fábricas» celulares de proteínas— y utilizaron el programa de aprendizaje profundo PROSIT, que predice el aspecto de los fragmentos proteicos auténticos. Tras la comprobación, hallaron pruebas convincentes de 1067 microproteínas que no se habían contabilizado antes.
Al comparar muestras de personas sin enfermedad de Alzheimer con las de pacientes con la forma sintomática, el equipo encontró decenas de microproteínas cuyos niveles habían cambiado. Por ejemplo, había menos microproteína asociada al gen BCL3 y más de la relacionada con RAB3C. En microglías de laboratorio —las principales células inmunitarias del cerebro— estas moléculas se mantenían y ocupaban zonas específicas dentro de las células.
Resultó que alrededor de la mitad de las microproteínas se regulan de forma independiente de los genes grandes junto a los que se encuentran. En la enfermedad de Alzheimer cambiaban los niveles de ARN de algunas microproteínas, mientras que el ARN del gen principal correspondiente permanecía igual. Esto se confirmó en un grupo independiente de muestras cerebrales. Los científicos consideran que una posible explicación es el empalme alternativo: la célula «ensambla» de distintas maneras los fragmentos de ARN y crea productos diferentes. Cerca de las zonas donde se producen estos cortes aparecieron secuencias que atraen a proteínas de unión al ARN; al parecer, este mecanismo se altera en la neurodegeneración.
Se prestó especial atención a la microproteína del gen MKKS. En las bases de datos estándar se considera que el principal producto de este gen es una proteína grande, relacionada con un trastorno poco frecuente del desarrollo. Sin embargo, en la corteza frontal del cerebro adulto predominaba precisamente la microproteína: la espectrometría de masas detectó miles de fragmentos coincidentes con ella y apenas encontró fragmentos de la proteína grande. El nivel de la microproteína MKKS era menor en la enfermedad de Alzheimer sintomática.
Los genes activos al mismo tiempo que la microproteína MKKS resultaron estar relacionados con las mitocondrias, estructuras que producen energía en la célula. Para comprobar esta relación, los investigadores utilizaron CRISPR para eliminar de las microglías de laboratorio el segmento de ADN que codifica la microproteína, sin alterar el gen principal. Después, las células consumían menos oxígeno y producían menos energía. El resultado apunta a una función de la microproteína en la respiración celular.
Los científicos también estudiaron los pseudogenes, secuencias de ADN modificadas que suelen considerarse inactivas. Los datos de ARN y ribosomas mostraron que algunos sí producen microproteínas. Una de ellas, asociada al pseudogén ACTBP7, está emparentada con proteínas del citoesqueleto. Al añadirla a microglías de laboratorio, cambió la distribución de las fibras estructurales de la célula.
El atlas tiene limitaciones. Que la espectrometría de masas no detecte una proteína no demuestra que no exista: su concentración podría estar por debajo del límite de sensibilidad de los instrumentos. Aún queda por determinar con precisión cómo se forman muchas microproteínas. Además, que el nivel de una molécula cambie durante una enfermedad no significa que sea ella quien la provoque: podría tratarse de una respuesta celular al daño o a un fallo de regulación. Para distinguir las causas de la neurodegeneración de sus marcadores, harán falta experimentos que modifiquen los niveles de microproteínas concretas en sistemas vivos.
El estudio «Atlas de microproteínas de la corteza frontal humana en la enfermedad de Alzheimer» se ha publicado en la revista Nature Aging. Entre sus autores figuran Brendan Miller, Eduardo Vieira de Souza, Calvin Lau, Joan M. Wong, Victor J. Pai, Servando Giraldez, Andrea Rocha, Jolien K. Diedrich, Clodagh K. O’Shea, David A. Bennett y Alan Saghatelian.
PEREC.RU
La ciencia tiene una rara virtud: descubre periódicamente que sus pulcros catálogos no eran mapas del territorio, sino mapas de lo que se había conseguido distinguir a través de un microscopio viejo. El nuevo atlas de microproteínas es uno de esos casos. Durante décadas, en los catálogos genéticos reinó la letra grande: las moléculas cortas parecían demasiado pequeñas para merecer una línea propia. Ahora resulta que la letra pequeña también participa en el funcionamiento del cerebro: una noticia incómoda para quienes confundían los límites de una base de datos con los de la biología.
Lo especialmente curioso es que algunas de estas moléculas viven junto a genes conocidos y, por lo visto, no siempre les obedecen. La organización del genoma recuerda a una institución en la que un empleado subalterno comparte despacho con el jefe, pero recibe instrucciones por su cuenta. Que los investigadores detecten una regulación independiente y sus alteraciones en la neurodegeneración no convierte a las microproteínas en culpables de la enfermedad, pero añade otra capa a un mecanismo que dista mucho de estar descrito por completo.
La historia de MKKS les aguará un poco la fiesta a los catálogos: en el tejido del cerebro adulto destacó más el producto corto que la gran proteína que el catálogo consideraba principal. Eso no significa necesariamente que la anotación anterior fuera falsa; quizá solo era incompleta y cómoda. A la ciencia le encantan este tipo de descubrimientos: primero declarar que algo es irrelevante, luego encontrarlo por todas partes y llamarlo progreso.
Hay también un resultado más sustancial: eliminar el segmento que codifica una microproteína empeoró los indicadores energéticos de microglías de laboratorio. Pero no se puede trasladar directamente esta conclusión a la enfermedad de Alzheimer. Un experimento celular no es un tratamiento ni demuestra una causa; es una comprobación del mecanismo en condiciones controladas, donde, al menos por un tiempo, se le ha retirado a la realidad el derecho a intervenir.
Los pseudogenes, considerados chatarra genética, tampoco resultaron ser del todo unos zánganos. Conviene resistirse a la conclusión efectista de que se ha descubierto en el ADN un plan de reserva secreto: el hecho de que algunos segmentos se traduzcan en proteínas no explica aún qué papel desempeñan en el organismo. Solo demuestra que la etiqueta «inactivo» a veces significa «todavía no sabemos medirlo bien».
Por ahora, el resultado práctico es bastante más modesto que el titular periodístico. El atlas amplía la lista de candidatos para futuras investigaciones, pero no ofrece diagnóstico, prevención ni tratamiento. Los principales beneficiados son los investigadores, que cuentan con nuevas preguntas y herramientas; a los pacientes les queda una advertencia honesta: hay que averiguar qué moléculas impulsan realmente la enfermedad y cuáles aparecen simplemente en el lugar del accidente. En medicina es un proceso irritantemente lento, pero la alternativa —vender certezas antes de tener pruebas— suele ser más rápida y más cara.
