Descubren una nueva fuente de energía en las células

Òscar Yanes y Sara Samino, investigadores del CIBERDEM
CIBER | lunes, 6 de junio de 2016

Sara Samino y Òscar Yanes, investigadores del CIBERDEM en la Universitat Rovira i Virgili, han participado en una investigación que ha descubierto una nueva fuente de energía en el núcleo de las células. Los resultados de esta investigación, publicada en la revista Science y coordinada por investigadores del Centro de Regulación Genómica (CRG) en Barcelona, aportan nueva luz sobre cómo las células consiguen reprogramar la expresión de los genes ante situaciones excepcionales y apuntan a un nuevo protagonista para medicina personalizada del cáncer.

Todas nuestras células necesitan la pequeña molécula ATP, que se genera en las mitocondrias, para cubrir las necesidades energéticas de la célula. En menor medida y en células de cáncer en particular, el ATP también se puede generar en el citoplasma, a partir de la energía generada durante la degradación de la glucosa. Estas dos fuentes de ATP son suficientes para cubrir las necesidades básicas de las células en condiciones normales. Pero en respuesta a estrés celular inducido por señales externas o bien cuando el genoma sufre un daño considerable, las células necesitan reprogramar sus patrones de expresión génica. Este proceso requiere una remodelación exhaustiva de la cromatina para poder acceder a la información reguladora que se encuentra codificada en el ADN.

La información genética del ADN se encuentra empaquetada con proteínas en el núcleo de la célula en forma de cromatina lo que protege pero al mismo tiempo dificulta el acceso a ella. La reprogramación global de la expresión génica, en respuesta a situaciones de estrés o a elevados niveles de daño en el ADN, requiere abrir la cromatina reduciendo su empaquetamiento y aflojando la interacción entre las proteínas del cromatina y el ADN. Esta modificación de la cromatina consume una enorme cantidad de energía y para cubrir dicha necesidad la célula activa una nueva vía de obtención de ATP.

En el artículo que publica la revista Science, investigadores del CRG liderados por Miguel Beato en colaboración con la universitat Pompeu Fabra, el Instituto de Investigación Biomédica de Barcelona y la Universitat Rovira i Virgili, han descrito por primera vez una nueva vía para generar energía en el núcleo de la célula necesaria para la remodelación de la cromatina y la reprogramación de la expresión génica. Los científicos también han identificado la función de los enzimas implicados en cada paso de este proceso y han descrito cómo se activan en respuesta a las señales de estrés. Sus resultados contribuyen a la comprensión de los mecanismos que hay detrás de la remodelación de la cromatina y su relación con la reparación del ADN dañado, un proceso esencial para el cáncer.

“Las situaciones excepcionales requieren medidas extraordinarias. Cuando las células afrontan una reprogramación global de la expresión génica requieren una gran cantidad de energía en el núcleo. En estas situaciones, las células bloquean las rutas habituales de producción de ATP en las mitocondrias y en el citoplasma para centrar toda su actividad en el núcleo,” comenta Miguel Beato, jefe de grupo en el CRG y autor principal de este trabajo.

Gracias a esta investigación se pudo descubrir que uno de los principales actores en la apertura de la cromatina y en la reparación del ADN dañado, la poli-ADP-ribosa (PAR), es clave para la síntesis de ATP en el núcleo. Por su parte, los investigadores Sara Samino y Òscar Yanes, de la URV y el CIBERDEM, confirmaron mediante técnicas de espectrometría de masas que el enzima NUDIX5 utiliza los bloques de ADP-ribosa derivados de la degradación de PAR para generar ATP. Sin NUDIX5 no es posible la remodelación de la cromatina, ni la reprogramación de la expresión génica y, por tanto la célula no puede adaptarse al estrés ni lidiar con el ADN dañado.

“Nuestros resultados apuntan a NUDIX5 como protagonista en la síntesis nuclear de ATP para la remodelación de la cromatina. Teniendo en cuenta que NUDIX5 se encuentra sobreexpresado en diversos tipos de cáncer, este descubrimiento puede contribuir a la nueva medicina personalizada del cáncer. NUDIX5 podría ejercer de biomarcador para la estratificación de ciertos cánceres y, en un futuro, ser una nueva diana para su tratamiento,” concluye Roni Wright, primera autora del trabajo e investigadora postdoctoral del CRG.

 

Artículo de referencia:

ADP-ribose derived nuclear ATP synthesis by NUDIX5 is required for chromatin remodelling. Roni H. G. Wright, Antonios Lioutas, Francois Le Dily, Daniel Soronellas, Andy Pohl, Jaume Bonet, A. S. Nacht, Sara Samino, Jofre Font-Mateu, Guillermo P. Vicent, Michael Wierer, Miriam A. Trabado, Constanze Schelhorn, Carlo Carolis, Maria J. Macias, Oscar Yanes, Baldo Oliva, Miguel Beato. Science. 3 June 2106