El ARN extracelular[1]
Un olvido durante un experimento, llevó a Juan Pablo Tosar, científico uruguayo, a encontrar un verdadero tesoro de la bioquímica.
Tosar es investigador de la Facultad de Ciencias de la Universidad de la República, Udelar, e investigador asociado del Laboratorio de Genómica Funcional del Institut Pasteur en Montevideo.
Él descubrió que los complejos dentro de las células donde se fabrican las proteínas, los llamados ribosomas, también existen fuera de las células, en el espacio entre ellas.
El denominado ARN extracelular, ha ganado notoriedad a partir de este hallazgo, que ha demostrado que el ARN es mucho más activo de lo que se pensaba.
«El ARN emergió como un nuevo actor en el día a día de las células; a través de la regulación de los genes que se encienden, y pasan a ser proteínas, o se apagan, y no lo serán», explicó.
Hay tipos diferentes de ARN; el más conocido es el ARN mensajero, un intermediario que transmite las instrucciones necesarias para elaborar proteínas, desde los genes hasta el ribosoma.
El ARN extracelular. Historia de un descubrimiento
La historia del hallazgo comienza en 2016, cuando Tosar era estudiante de doctorado del doctor Alfonso Cayota del Institut Pasteur de Montevideo, quien estudiaba el ARN que, como el ADN, es un ácido nucleico, una clase de molécula cuyas funciones tienen que ver con el almacenamiento y la expresión de la información genética.
El ARN en el que Cayota se había enfocado era de un tipo poco comprendido: el llamado ARN extracelular, que no está dentro de las células, sino en el espacio entre ellas.
«Por un lado, estudiar ese ARN que viaja por fuera de las células, o sea, que podemos detectarlo en la sangre, en la orina, o en la saliva, nos puede hablar de cómo las células dialogan entre ellas. En otras palabras, cómo una célula puede influir liberando ARN hacia afuera para que los genes se prendan, o se apaguen, en una célula distante».
«Entender esa comunicación a distancia es muy importante si queremos entender cómo funcionan las células de nuestro organismo».
Un especial motivo del interés en el ARN extracelular es su potencial para el diagnóstico de enfermedades, debido a que estos ARN viajan por los fluidos y se pueden detectar en la sangre o en la orina.
Conocer los tipos de ARN que hay en una persona sana y encontrar una anomalía a nivel de los extracelulares, facilita el diagnóstico temprano de enfermedades, como el cáncer».
El ARN extracelular. Eso casi no había sido estudiado
Una de las preguntas que cautivaba a Tosar y sus colegas era cómo esos ARNs no se degradan fuera de la célula.
«Este tema no se estudió por mucho tiempo porque el entorno extracelular, la sangre en particular, se considera un entorno muy hostil para el ARN, debido a que hay enzimas que lo degradan».
En la década de los 80 se descubrió que las células pueden liberar ARNs en una especie de cápsulas que se llaman vesículas extracelulares, o exosomas.
«Son como pedazos de la célula. Se podría pensar que la célula libera una especie de cápsula espacial que viaja a otra célula, y en esa cápsula viajan esos ARNs protegidos de las enzimas que los amenazan», explicó el científico.
Tosar no estudiaba esos ARNs protegidos en cápsulas, sino los que flotan en el medio extracelular, en los fluidos biológicos, completamente vulnerables a la degradación enzimática.
«Vimos tempranamente que había mucho ARN fuera de la célula y fuera de estas cápsulas y eso casi que no había sido estudiado hasta el momento».
Cuando estudiaba ese ARN extracelular, no contenido en vesículas o cápsulas, que Tosar realizó su famoso experimento.
El ARN extracelular. Un olvido notable
Tosar lo explicó así: «Las células son como plantas en el jardín que se desarrollan en un medio de cultivo, líquido. Para que crezcan hay que darles de comer; cuando lo hacen eliminan sus desechos hacia ese medio líquido, que se carga con ARNs extracelulares. Luego las centrifugamos a alta velocidad para separar los exosomas y quedarnos con lo que está fuera de dichas células».
La centrifugadora debe operar en frío a unos 4ºC. El rotor es de titanio y demora en enfriarse, por lo que hay que colocarlo la noche anterior en una especie de refrigerador gigante, para evitar la degradación del ARN.
La noche anterior al experimento Tosar olvidó enfriar el rotor, pero de todas formas decidió hacer el experimento, encontrando que el perfil de los ARNs extracelulares era diferente, en forma recurrente. Lo normal era encontrar siempre la misma señal de los ARN extracelulares.
Estas diferencias iluminaron al investigador, quien encontró que «las enzimas que degradan el ARN, trabajan más eficientemente, a mayor temperatura», llevándolo a preguntarse:
¿Qué pasará si agregamos una enzima que inhiba a las enzimas que degradan al ARN, es decir una que degrade al degradador?
Repitió el experimento en esas condiciones y encontró que el cambio ya no fue sutil, sino drástico. «Cuando hicimos el experimento degradando las enzimas, vino no una señal sino muchas señales, todas muy distintas».
El problema estaba en que todos los ARN se degradaban por el efecto de las enzimas y sólo podíamos ver los más resistentes».
«Es como ir a un zoológico y encontrar siempre un papagayo verde… ¡qué aburrido…! Pero cuando te dan unos lentes que permiten ver la diversidad de animales de la jungla, le encuentras sentido a la experiencia».
«Entendimos que estábamos haciéndolo mal, que en el fondo el ARN extracelular era mucho más diverso y heterogéneo de lo que habíamos supuesto».
El ARN extracelular. La maquinaria también está afuera
Al inhibir la acción de las enzimas que degradan al ARN, Tosar y sus colegas desarrollaron una nueva herramienta para revelar la riqueza de los ARN extracelulares.
Con estos «nuevos lentes», lograron identificar muchos tipos diferentes de ARN, incluyendo el llamado ARN ribosomal, que se acopla a las proteínas para conformar el ribosoma.
«Pudimos identificar el ribosoma, pudimos identificar también que hay ARNs de transferencia, que trabajan junto con el ribosoma, incluyendo a los famosos ARN mensajeros», afirmó.
«En definitiva, encontramos que la maquinaria que fabrica las proteínas dentro de la célula también está fuera de ellas, y esto no es una sutileza».
Teníamos que estar convencidos
«Nos faltaban pruebas contundentes de que efectivamente había ribosomas allí, algo que generaría polémica, debido a que el ribosoma no es un ARN cualquiera, es la fábrica de proteínas de la célula», relató.
«Si íbamos a decir que había ribosomas en el medio extracelular, era de responsabilidad mínima estar convencidos de eso».
Para confirmarlo viajó a Estados Unidos. «La ciencia es una actividad global; muchas veces lo más eficiente es ir al laboratorio donde son expertos en el tema». Hacer las pruebas en Uruguay hubiese sido posible, pero habría tomado más tiempo.
«Hablé con Paul Anderson y Pavel Ivanov, investigadores de la Universidad de Harvard, que conocían nuestro trabajo «.
Pavel Ivanov dijo que Tosar «es un científico con todos los instintos necesarios para alcanzar prominencia. Piensa fuera de lo establecido, está abierto a los desafíos y analiza los datos en forma crítica. Su trabajo es innovador.
Llevará algún tiempo para que el concepto de ribosomas extracelulares sea aceptado debido a que esto es muy nuevo en el momento.
Esta historia continuará, especialmente en lo relativo a inmunidad. El impacto de su trabajo será visible en los próximos años, en la medida en que más laboratorios decidan estudiar el ARN extracelular y los ribosomas».
Roger Alexander, investigador de ARN en el Instituto de Investigación Pacific Northwest en Seattle, Estados Unidos, dijo a la revista Nature que Tosar «es la punta de lanza en un área muy importante, que no había recibido la atención suficiente en nuestro campo».
La ciencia es como las muñecas rusas
La ciencia, dice Tosar, «es como las muñecas rusas, cada vez que abres una, hay más y más».
El descubrimiento de los ribosomas extracelulares, a su vez planteó preguntas fundamentales.
Una de ellas es si los ribosomas extracelulares fabrican proteínas, algo que de confirmarse cuestionaría un pilar fundamental de la biología.
Otra es cómo llegan esos ARNs al espacio entre las células.
«Sabemos que vienen desde adentro de las células y que pueden salir por dos mecanismos: el bombeo, como si la célula abriera una compuerta y dejara que salgan estos ARNs al medio extracelular.
Una interesante línea de trabajo es descubrir si existen esas compuertas en las células que dejan salir a estos ribosomas.
La otra hipótesis es que el ARN extracelular es algo que las células liberan cuando mueren. En esta segunda opción la célula no tiene intencionalidad de liberar el ARN, sino que «al morir, sus pertenencias son liberadas al medio extracelular».
La muerte celular
Cuando la muerte celular es programada, por ejemplo, para renovar tejidos, es un fenómeno normal que no genera una respuesta inmune.
«Muchas veces ocurre una muerte celular no programada, algo que ocurre en todos los tumores, debido a que en su seno hay un núcleo de células que, al faltarles nutrientes y oxígeno, tienden a “explotar” y a liberar los ARNs hacia afuera».
Como no tenemos experiencia en inmunología empezamos a trabajar con un grupo especializado para responder a la pregunta: ¿Será que, cuando se liberan al medio extracelular, estos ribosomas funcionan como alarmas del sistema inmune?
«Las células del sistema inmune pueden leer esos ARNS y decir, aquí hay un ribosoma fuera de la célula, los ribosomas no deberían estar fuera de la célula, esto significa que hay células que están muriendo y el sistema inmune tiene que actuar».
«Cuando hay muerte celular no patológica hay liberación de ARNs. Pero si el cáncer exacerba ese proceso y cambia el tipo de ARNs que son liberados a la sangre eso permitiría un diagnóstico del cáncer en etapas más tempranas».
«Ese es uno de los temas en que trabajamos».
El ARN extracelular. Prestar atención a lo que sale mal
El olvido de Tosar invita a muchas reflexiones.
Una de ellas es la importancia a veces de «prestar atención no a los resultados que salen bien sino a los que salen mal».
«Hace poco vino a Uruguay Martin Chalfie, ganador del premio Nobel por ser uno de los que descubrió la proteína verde fluorescente. Y dio una charla en la que dijo una frase que me gustó mucho».
«Él decía: cuando haces un experimento y te da como querías, felicitaciones, has hecho una medición. Cuando haces un experimento y no te da como pensabas, felicitaciones, puedes haber hecho un descubrimiento».
El camino personal
Pensar fuera de lo convencional fue una habilidad que Tosar fue aprendiendo de chico.
Cuando era adolescente se volcó con pasión a las computadoras. Con la primera quise diseñar juegos y, con herramientas muy rudimentarias, armé durante un año un juego de póker en donde podías hacer trampa. Un día la computadora llegó a un técnico que formateó el disco y lo eliminó. «Nunca más quise meterme en la computación porque la frustración fue grande».
Tosar pensaba ser ingeniero, pero una conversación con un profesor en la secundaria le abrió el mundo de la bioquímica. «La primera vez que escuché esa palabra supe que existía una carrera que conjugaba dos cosas que me gustaban, la biología y la química».
El ARN extracelular. El misterio por descubrir
El descubrimiento de Tosar le indicó que, «así como el universo es vasto e inabarcable en lo grande, en las estrellas, también lo es en lo micro».
«En el mundo de lo microscópico, tal vez solo conocemos la punta del iceberg y hay mucho por descubrir; no detalles, sino asuntos fundamentales».
«La conciencia de ese misterio por descubrir es la fuente del estímulo para seguir trabajando en esto, y para seguir alentando a futuras generaciones de que vale la pena dedicar la vida a tratar de desentrañarlo».
Su hallazgo no solo reveló acciones de las células que se desconocían, sino que podría acabar trastocando un postulado fundamental de la biología. Algo que podría derivar en soluciones prácticas para millones de personas, a través de diagnósticos tempranos de enfermedades, como el cáncer.
[1] Fuente: https://www.bbc.com/mundo/
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