Investigadores investigadores chilenos del Instituto Milenio de Neurociencia Biomédica (BNI) y del Centro de Gerociencia, Salud Mental y Metabolismo (GERO) se reunieron en un inédito estudio sobre el cerebro, en el que participaron peces, moscas y ratones. El Dr. Hery Urra Zúñiga, científico de 34 años, oriundo de Puerto Montt, es el líder de este trabajo que fue publicado en la revista internacional Nature Cell Biology, convirtiéndose así en el segundo artículo nacional que figura en este medio de alto impacto en la comunidad científica.
Gracias a la combinación de técnicas y expertise, los investigadores realizaron un estudio multidisciplinario que permitió, por primera vez, definir la conexión entre el equilibrio proteico, el movimiento de las células y el desarrollo del cerebro. En estas investigaciones participaron los doctores Claudio Hetz y Andrés Couve –del BNI-, Christian González y Felipe Court –de GERO-, entre otros integrantes de estos centros de excelencia nacionales y de países como Francia y Japón.
Según explica Hery Urra, el sensor de estrés IRE1 es una proteína encargada de detectar y controlar cómo las células responden al estrés celular ocasionado por el mal plegamiento de proteínas. Dicho elemento está presente en todas las células y se ha conservado dentro de la evolución de las especies, razón por la cual se pudo explorar en diversos animales.
En investigaciones anteriores, realizadas por el Dr. Claudio Hetz en BNI, se ha demostrado el papel central que este sensor juega en el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas. En el estudio actual–que recibió el premio a la mejor tesis de doctorado, otorgado por la Fundación Chilena para Biología Celular y la Sociedad de Biología Celular de Chile- se describió una nueva función. Esto es, que IRE1 controla la dinámica del citoesqueleto –sistema compuesto de proteínas que da soporte a la célula y permite el desplazamiento de las mismas-, contribuyendo así a la formación del cerebro en sus primeras etapas del desarrollo.
Detalles del estudio
Los experimentos desarrollados en pez cebra, moscas y ratones, permitieron observar el rol de IRE1 en el citoesqueleto, descubriendo que este sensor promueve la migración celular, ya que controla y regula a una proteína llamada Filamina A. Este proceso es crucial en la arquitectura de células y en el movimiento de éstas.
El hallazgo se inició años atrás cuando Urra comenzó a buscar proteínas que se asociaran físicamente con este sensor. Así, mirando globalmente el genoma, encontró a Filamina A, una proteína que se asocia a los microfilamentos de actina y que es responsable de controlar la arquitectura del citoesqueleto y cómo las células se mueven y cambian su morfología. “De esta manera, el investigador logró demostrar que IRE1 tenía una función nueva que no tenía que ver con el estrés celular, sino con un papel determinante en la dinámica del citoesqueleto”, comentó Claudio Hetz.
El codirector de BNI explicó que el cerebro se arma y construye por capas, y las neuronas se generan en la base y luego van migrando hacia zonas superiores formando las distintas capas de la corteza, la zona más grande del cerebro. “Cuando intervenimos IRE1 genéticamente las neuronas se quedan 'pegadas' y no avanzan hacia capas superiores, generando un cerebro inmaduro”, explicó Hetz.
Para demostrar este nuevo rol, se realizaron muchos estudios en el tubo de ensayo y así esta nueva función se validó en células vivas, y animales como insectos, peces y ratones.
Los análisis sobre citoesqueleto se realizaron junto a Christian González, director de GERO, y especialista en esta área. En mosca de la fruta, se exploró cómo se movían las células vivas. Los estudios en pez cebra se hicieron en colaboración con Miguel Concha, científico de BNI y GERO, a través de los cuales se indagó en el desarrollo embrionario, observando el movimiento celular en etapas muy tempranas. Similares procesos se estudiaron en el cerebro junto a Manuel Kukuljan, decano de la Facultad de la Medicina de la U. de Chile e integrante de BNI. Por su parte, Felipe Court, director del Centro de Biología Integrativa de la U. Mayor e investigador de GERO, también realizó sus aportes en materia de microscopía avanzada.
Respecto a Filamina A, ya se sabe que su regulación en el organismo es fundamental, y que mutaciones en esta proteína están implicadas en la generación de patologías humanas como retrasos cognitivos e intelectuales, debido a problemas durante el desarrollo embrionario, que inducen a una deficiente formación de las capas del cerebro. Uno de estos desórdenes se denomina heterotopía periventricular. “Cuando hay mutaciones en esta proteína los pacientes presentan convulsiones y problemas cognitivos. En ese contexto, también estudiamos al sensor IRE1 en el desarrollo embrionario del cerebro en ratones y vimos manifestaciones morfológicas similares a cuando se inactiva genéticamente a Filamina A en pacientes, lo que nos indica la importancia de este sensor para el desarrollo del cerebro”, comentó Hery Urra.
Redes chilenas para la ciencia
“Ésta es una gran investigación y no sólo desde el punto de vista biológico molecular. El estudio, publicado en esta destacada revista científica, demuestra la importancia de efectuar un trabajo coordinado en alianza con centros de excelencia como BNI y GERO. La publicación refleja el valor de la ciencia interdisciplinaria y la calidad de nuestros jóvenes científicos, como es el caso Hery Urra”, comentó el profesor Claudio Hetz, codirector de BNI y director del laboratorio en el que trabaja el bioquímico.
Andrés Couve, director de BNI y académico de la Facultad de Medicina, compartió una opinión similar. “Ésta es una publicación muy inusual en la que participaron diferentes equipos de científicos con experiencias y tecnologías complementarias. Cada uno de ellos realizó un aporte para probar y mostrar el descubrimiento básico y su implicancia en distintos modelos animales y condiciones experimentales, lo que es realmente destacable. Además, es importante destacar el trabajo Hery Urra, quien ha liderado este estudio colaborativo desde una mirada madura y muy profesional”, indicó el académico de la Universidad de Chile.
Respecto del trabajo, Christian Gonzalez-Billault, profesor de la Facultad de Ciencias y director de GERO, comentó que "la observación inicial de que esta proteína podría tener una función atípica como es la regulación del citoesqueleto es tremendamente novedosa. Es altamente probable que a partir de este trabajo emerjan estudios en otros laboratorios del mundo, que aborden diferentes dimensiones sobre cómo organelos -tales como el retículo endoplásmico- pueden impactar en la dinámica del citoesqueleto. En este contexto, Hery será un pionero y posiblemente su carrera se asociará con este descubrimiento”.
En tanto, Hery Urra, señaló que para él fue muy relevante poder trabajar en alianza y desarrollar los experimentos en diferentes modelos de estudio. “Fue enriquecedor observar que aquello que estaba haciendo en células, se podía ver en el pez cebra o mosca de la fruta. Pudimos describir una función nueva de este sensor, gracias a las diversas colaboraciones. Esto demuestra que los centros de excelencia chilenos funcionan muy bien y son una iniciativa que hay que impulsar aún más. Por otro lado, cabe destacar que el 95 por ciento de la investigación se realizó en Chile, lo que también representa un importante logro importante para nuestro país”.