Las gotas de proteínas podrían desarrollar fibras asociadas a enfermedades desde el exterior

Los condensados de proteínas suelen describirse como diminutas gotas dentro de las células: conjuntos concentrados de proteínas que pueden comportarse como gotas de aceite líquido suspendidas en agua. Su capacidad para cambiar con el tiempo ha despertado un interés creciente, porque algunas proteínas asociadas con trastornos como la enfermedad de Alzheimer y la ELA también pueden formar fibras amiloides.

Investigadores de la Universidad de Leiden informan ahora de pruebas sobre un mecanismo que desafía una expectativa común acerca de esa transición. En experimentos que siguieron el envejecimiento de gotas de proteínas, el equipo descubrió que las fibras crecían desde las superficies de las gotas y se extendían hacia afuera, en lugar de surgir de sus interiores ricos en proteínas. Al mismo tiempo, las gotas se encogían y se volvían más parecidas al vidrio.

El trabajo, publicado en Nature Physics, no establece una causa directa de las enfermedades neurodegenerativas. Sin embargo, ofrece un nuevo modelo físico para comprender cómo los condensados de proteínas con aspecto líquido pueden desarrollar estructuras fibrosas conectadas con proteínas relevantes para estas enfermedades.

Observación del envejecimiento de las gotas en tres dimensiones

El equipo de Leiden, dirigido en parte por la doctoranda Liru Feng y la profesora adjunta Louise Jawerth, se propuso responder una pregunta básica: ¿qué les ocurre a las gotas de proteínas a medida que envejecen? Las gotas de sus experimentos medían unos 5 micrómetros de diámetro, aproximadamente una décima parte del ancho de un cabello humano.

Mediante microscopía confocal, los investigadores monitorizaron las muestras en tres dimensiones durante 12 horas. Esto les permitió visualizar y cuantificar dos posibles resultados sólidos para las gotas inicialmente líquidas: un estado vítreo y un estado fibroso.

El resultado fue contraintuitivo. Una suposición directa sería que las fibras aparecen en el interior, donde las proteínas están más concentradas. En cambio, las fibras observadas comenzaron en el límite de la gota y se proyectaron hacia afuera.

Esta distinción importa porque replantea la superficie de un condensado como un sitio activo en su proceso de envejecimiento. Según la explicación de los investigadores, el crecimiento de fibras y la formación de vidrio no son simplemente dos descripciones del mismo acontecimiento. Son rutas competitivas mediante las cuales las gotas pueden cambiar.

Una ruta hacia las fibras impulsada por la superficie

Los condensados pueden ocupar un punto intermedio inusual entre la biología y la física. Son lo bastante líquidos como para fluir y fusionarse, pero también pueden volverse similares a sólidos con el tiempo. Su transformación puede producir material vítreo desordenado o estructuras fibrosas más organizadas.

Las nuevas observaciones conectan esos estados en una secuencia específica. A medida que las fibras crecían desde una gota, la propia gota se hacía más pequeña y cada vez más parecida al vidrio. Esto sugiere que la creación de fibras exteriores puede aprovechar material de la gota y alterar al mismo tiempo el estado físico del material restante.

Por tanto, la contribución del estudio es menos una afirmación sobre un mecanismo concreto de enfermedad que un paradigma propuesto para el crecimiento de fibras en esta clase de sistemas proteicos. El equipo combinó imágenes directas con cuantificación y modelización para hacer visible el proceso a lo largo del tiempo.

Este enfoque es importante en un campo donde puede resultar difícil inferir el estado microscópico de las proteínas a partir de una imagen final. Una sola instantánea puede mostrar fibras y gotas juntas, pero un experimento con resolución temporal puede revelar si las fibras se formaron dentro de una gota, en su borde o mediante otra vía completamente distinta.

Por qué importa el hallazgo

Desde hace aproximadamente una década, los científicos saben que la formación de fibras proteicas está asociada con enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer y la ELA. Sin embargo, el vínculo físico entre los condensados con aspecto líquido y las fibras sigue siendo una cuestión abierta.

Los hallazgos de Leiden acotan esa cuestión. Indican que, al menos en el sistema estudiado, la interfaz entre una gota rica en proteínas y su entorno puede determinar dónde se originan las fibras. La observación podría orientar futuros experimentos sobre cómo envejecen los condensados, qué condiciones favorecen la formación de vidrio y cuáles favorecen el crecimiento de fibras hacia afuera.

También subraya que la concentración por sí sola quizá no explique el comportamiento de un material proteico. Aunque el interior de una gota contiene una alta concentración de proteínas, los investigadores descubrieron que las fibras no comenzaban allí. El límite parece tener propiedades distintas de las del conjunto de la gota.

En la investigación de enfermedades, el valor práctico dependerá de si se observa un comportamiento superficial similar en sistemas biológicos más complejos. El informe actual no afirma que las fibras que crecen hacia afuera en estos experimentos reproduzcan todo el proceso que ocurre en las neuronas o en los pacientes. Pero proporciona un marco comprobable para investigar esas conexiones.

De una observación sorprendente a un modelo comprobable

La investigación muestra cómo un enfoque de las ciencias físicas puede aclarar un problema biológico. Al tratar los condensados de proteínas como materiales capaces de pasar entre estados líquidos, vítreos y fibrosos, los investigadores pudieron identificar una vía que no se esperaba.

Las próximas preguntas probablemente se centrarán en qué controla la competencia entre esas rutas de envejecimiento. Si las condiciones externas o las características moleculares determinan que una gota se vuelva vítrea, desarrolle fibras o haga ambas cosas, los científicos podrían cartografiar mejor las circunstancias en las que las proteínas asociadas a enfermedades forman ensamblajes dañinos.

Por ahora, el hallazgo central está claro: el crecimiento de fibras similares a las amiloides no tiene por qué comenzar en la parte más densa en proteínas de un condensado. En los experimentos de Leiden, comenzó en la superficie y avanzó hacia afuera, mientras la gota que quedaba se volvía más pequeña y más parecida al vidrio.

Este artículo se basa en una información de Phys.org. Lea el artículo original.