NeoFronteras

Epigenética priónica en levaduras

Área: Genética — jueves, 23 de febrero de 2012

Demuestran que las levaduras naturales usan priones para producir cambios epigenéticos rápidos que les permiten sobrevivir mejor a condiciones de vida duras.

Colonias de levaduras. Fuente: Whitehead Institute for Biomedical Research.

La faceta que hasta ahora conocíamos de los priones era la de ser los que provocaban enfermedades terribles como el mal de las vacas locas. Los priones son básicamente proteínas que se pliegan bajo una forma “maligna” que es contagiosa a proteínas con la misma secuencia de aminoácidos pero con plegamiento normal.
En los últimos años se ha podido comprobar que los priones incluso sufren selección natural y pueden evolucionar, pese que no contienen material genético. Esta ausencia de ADN es la que en un principio hizo que muchos investigadores negaran la existencia de algo así.
Por otro lado, se han descubierto mecanismos mediante los cuales se puede modificar las expresión de ciertos genes sin cambiar los genes mismos. Es lo que se llama la epigenética, una suerte de lamarckismo que permite cambios evolutivos rápidos cuando las condiciones ambientales cambian rápidamente. Digamos que no hacen falta mutaciones del ADN para producir cambios “genéticos”, siendo éste un mecanismo que permite cambios adaptativos muy rápidos.
A lo largo de la última década los científicos han podido aprender que el ambiente puede dejar trazas sobre los genomas de plantas y animales en la forma de estas modificaciones epigenéticas. Esto vendría a decir que todas las instrucciones genéticas están en el ADN que forma genes, pero que existe una capa extra de información “por encima” que modifica estas instrucciones. Esta nueva capa también sería heredable. Se cree que las modificaciones de histonas o la metilación de ADN forman parte de esta capa, pero puede haber más mecanismos.
Así por ejemplo, la metilación consiste en la transferencia de grupos metilos a algunas de las bases del ADN de tal modo que puede provocar alteraciones en la transcripción genética (sin necesidad de que se produzca una alteración en la secuencia del ADN) y que se expresen o no ciertas proteínas. Este mecanismo juega un papel en el silenciamiento de los genes. ¿Hay mecanismos similares?
Recientemente se ha descubierto que ciertas proteínas pueden bloquear el ADN e impedir que sea leído de tal modo que ciertos genes quedarían silenciados en otro tipo de mecanismo epigenético. Pero en la levadura de la cerveza (Saccharomyces cerevisiae) este mecanismo se lleva al extremo gracias al comportamiento priónico de cierta proteína.
Si las condiciones ambientales cambian, en este organismo puede liberar cientos de nuevas proteínas que le permiten adaptarse y que normalmente no se expresan. Todo sin necesidad de mutaciones o cambios en el ADN mismo.
El proceso fue descubierto por Susan Lindquist, del Whitehead Institute for Biomedical Research, en 2004 y lo denominó evolución combinatoria.
Este hongo tiene una proteína que se transforma en un prión. Esta proteína normalmente juega un importante papel en la expresión otras proteínas dentro de los ribosomas, que son los lugares de las células en donde se lee la información genética (en forma de ARN) para producir proteínas. En concreto esta proteína inicia y detiene la lectura en puntos específicos de la hebra de ARN para generar determinadas proteínas. Pero cuando se transforma en un prión (cuando alcanza un plegamiento distinto) no realiza esa labor. Sin este control se lee la secuencia completa de ARN, incluidas las partes que normalmente son ignoradas.
Entonces la célula de levadura produce nuevas proteínas que normalmente no están presentes (aunque sí la información sobre ellas en el ADN y ARN que normalmente no es leída) y que pueden ser indispensables para su supervivencia. Estos priones son por tanto capaces de modificar los fenotipos de una manera que nunca se había visto antes.
Pero los escépticos sostenían que el resultado era en realidad una especie de enfermedad producida por las levaduras “artificiales” de laboratorio. Ahora Susan Lindquist y sus colaboradores han conseguido demostrar que este mecanismo se da en levaduras silvestres y cumple esa labor adaptativa.
Cultivaron 700 cepas distintas de levaduras naturales en condiciones hostiles en las que la acidez era muy alta o el oxígeno muy escaso (en total probaron con 12 casos distintos). Comprobaron que los supervivientes producían las formas priónicas [PSI+] y [MOT3+] que les ayudaban a sobrevivir. Luego expusieron a estas colonias a un producto químico que destruía los priones. Esto afectó negativamente a las colonias de levaduras, lo que demuestra que el prión es precisamente lo que les daba la ventaja adaptativa en esas condiciones, teniendo un gran impacto en su supervivencia.
Además han demostrado que los priones pasaban a la siguiente generación de tal modo que los descendientes se beneficiaban de esa ventaja. Una sofisticada maquinaria molecular asegura que los priones sean troceados en pequeñas piezas que pasan a las células hijas durante la división celular y estas piezas hacen de “molde” para contagiar la forma priónica en la nueva generación.
Lo que es más importante, la tasa a la que las proteínas reguladoras normales se transforman en su versión priónica aumenta en respuesta al estrés ambiental, lo que sugiere que son una parte inherente del mecanismo de supervivencia que ayuda a las levaduras a adaptarse rápidamente a cambios del entorno.
La evolución combinatoria no parece ser pues un artefacto de laboratorio, sino algo que se da de forma natural.
Lindquist especula que estas proteínas que cambian de forma y función podrían ser remanentes de una vida muy primitiva en los tiempos en los que la herencia estaba predominantemente basada en proteínas en lugar de en ácidos nucleicos. Además sugiere que quizás los priones jueguen algún papel en otros seres distintos a las levaduras.
Quizás este mecanismo se dé en otros seres vivos, pero de momento no se sabe si es un mecanismo generalizado o si sólo se da en pocos casos como en el de las levaduras estudiadas. No se sabe, en definitiva, su importancia biológica en general. Pero si al final resulta ser un mecanismo general entonces los priones tendrían un importante papel en la evolución.