Vaciar la basura - La batalla de las células madre contra el envejecimiento

Las células madre sacando la basura. Esta ilustración es de Emma Vidal de DrawImpacts. Crédito: Emma Vidal

Científicos de la Universidad de California San Diego han descubierto que el método único de las células madre para desechar proteínas mal plegadas podría ser la clave para preservar la salud a largo plazo y evitar enfermedades.

A medida que los humanos continúan en la búsqueda de la fuente de la juventud, las células madre siguen emergiendo como un jugador clave en la búsqueda de la longevidad. Los estudios sugieren cada vez más que preservar la aptitud de las células madre conduce a una mayor esperanza de vida saludable, y una nueva investigación destaca la importancia de mantener las células madre limpias y ordenadas.

Según un estudio publicado recientemente en la revista Cell Stem Cell, científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de California San Diego descubrieron que las células madre de la sangre utilizan una técnica sorprendente para eliminar sus proteínas mal plegadas. Los investigadores descubrieron que este proceso disminuye con la edad y creen que aumentar este sistema especializado de eliminación de basura podría ayudar a combatir las enfermedades relacionadas con la edad.

El estudio se centró en las células madre hematopoyéticas (HSC), las células de nuestra médula ósea que producen nuevas células sanguíneas e inmunitarias a lo largo de nuestras vidas. Cuando su función se debilita o se pierde, esto puede llevar a trastornos de la sangre e inmunológicos, como anemia, coagulación de la sangre y cáncer.

El investigador de UC San Diego, Robert Signer, Ph.D., describe cómo las células madre contribuyen al envejecimiento y enfermedades relacionadas con la edad. Crédito: UC San Diego Health Sciences

“Las células madre están en esto a largo plazo”, dijo Robert Signer, Ph.D., profesor asociado en la Facultad de Medicina de la Universidad de California San Diego y autor principal del estudio. “Su necesidad de longevidad requiere que estén conectadas de manera diferente a todas las células de corta duración en el cuerpo”.

Una clave para mantener a las células madre felices es mantener la homeostasis de las proteínas. Trabajos anteriores mostraron que las células madre, incluyendo las HSC, sintetizan proteínas mucho más lentamente que otros tipos de células, priorizando la calidad sobre la cantidad. Esto les ayuda a cometer menos errores en el proceso, ya que las proteínas mal plegadas pueden volverse tóxicas para las células si se les permite acumularse.

Sin embargo, algunos errores o daños en las proteínas son inevitables, por lo que los investigadores se propusieron comprender de qué manera las células madre aseguran que estas proteínas se desechen adecuadamente.

En la mayoría de las células, las proteínas dañadas o mal plegadas se etiquetan individualmente para su eliminación. Un destructor de proteínas móvil llamado proteasoma luego encuentra las proteínas etiquetadas y las descompone en sus componentes originales de aminoácidos. Pero en el nuevo estudio, los investigadores encontraron que la actividad del proteasoma era especialmente baja en las HSC. Esto dejó al equipo desconcertado: si deshacerse de proteínas dañadas es tan importante para las células madre, ¿por qué el proteasoma es menos activo?

Científicos de UC San Diego descubrieron que las proteínas mal plegadas se agregaban y se encerraban en una sola área (verde) dentro de las células madre antes de ser eliminadas. Crédito: UC San Diego Health Sciences

A través de una serie de experimentos posteriores, el equipo descubrió que las HSC utilizan un sistema completamente diferente. Aquí, las proteínas dañadas y mal plegadas se recogen y circulan en grupos llamados agresomas. Una vez acorralados en una sola ubicación, pueden ser destruidos de manera colectiva por el lisosoma (un orgánulo celular que contiene enzimas digestivas) en un proceso llamado aggrephagy.

“Lo que es muy inusual aquí es que se pensó que esta vía solo se activaba como respuesta a un estrés extremo, pero en realidad es la vía fisiológica normal que utilizan las células madre”, dijo Signer. “Esto enfatiza lo crítico que es para las células madre prevenir el estrés para que puedan preservar su salud y longevidad”.

Entonces, ¿por qué este sistema diferente? Una ventaja principal del método proteasoma es que descompone las proteínas de inmediato, produciendo aminoácidos que la célula puede reutilizar para construir nuevas proteínas. Pero las células madre están menos interesadas en construir nuevas proteínas. Por lo tanto, los autores sugieren que almacenar una colección de proteínas dañadas en un solo lugar podría estar creando su propia reserva de recursos que se pueden usar en un momento posterior cuando realmente sean necesarios, como después de una lesión o cuando sea hora de regenerar.

“El cuerpo realmente no puede arriesgarse a perder sus células madre, por lo que tener esta reserva de materiales crudos los hace más protegidos contra los días de lluvia”, dijo Signer. “Las células madre son corredores de maratón, pero también necesitan ser corredores de clase mundial cuando las circunstancias lo requieren”.

Cuando los investigadores desactivaron genéticamente la vía de aggrephagy, las células madre comenzaron a acumular proteínas agregadas, lo que afectó su aptitud, longevidad y actividad regenerativa.

Luego, el equipo descubrió que mientras casi todas las células madre jóvenes tenían agresomas, en cierto punto del envejecimiento, prácticamente habían desaparecido. Los autores sugieren que la incapacidad de las células madre para destruir eficientemente las proteínas mal plegadas durante el envejecimiento es probablemente un factor contribuyente clave a su función decreciente y los trastornos relacionados con la edad resultantes.

“Our hope is that if we can improve stem cells’ ability to maintain the aggrephagy pathway, we will preserve better stem cell fitness during aging and mitigate blood and immune disorders,” said Signer.

The authors suspect that other types of stem cells and long-lived cells like neurons have a similar requirement for strict regulation of protein homeostasis, suggesting therapeutics to boost this pathway may be beneficial across multiple organs and pathologies.