Usando nuevas técnicas de imagen de alta resolución, los investigadores del MDC y sus colegas han seguido la titina, la proteína más grande del cuerpo, en tiempo real durante todo su ciclo de vida. El método y los resultados podrían aportar nuevos conocimientos sobre el desarrollo muscular, así como sobre el tratamiento de los músculos dañados y las enfermedades cardíacas.
Al igual que las luces parpadeantes alegran las fiestas, los investigadores del Centro Max Delbrück de Medicina Molecular se alegran de las luces rojas y verdes por un motivo totalmente distinto. Mediante el uso de sondas de colores, un equipo ha seguido el ciclo de vida completo de la titina, la mayor proteína del cuerpo conocida por desempeñar un papel clave en el tejido muscular. La observación de la titina desde su síntesis hasta su degradación ha aportado nuevos conocimientos sobre la formación de los sarcómeros, las principales unidades contráctiles del músculo cardíaco y esquelético.
La titina es una molécula tan grande que su análisis plantea retos únicos. El equipo fijó etiquetas fluorescentes rojas y verdes en los extremos opuestos de la proteína, lo que les permitió observar los movimientos precisos de la titina en las células musculares derivadas del corazón del ratón, denominadas cardiomiocitos.
«Los cardiomiocitos están altamente especializados y no pueden saltarse un latido», dijo Michael Gotthardt, que dirige el Laboratorio de Biología Celular Neuromuscular y Cardiovascular del MDC y encabezó la investigación. «Podemos observar cómo se fabrica la titina y se inserta en el miofilamento mientras todo sigue funcionando. Es muy bonito de ver».
No es sólo una imagen bonita
El conocimiento obtenido al poder observar la titina en tiempo real es significativo. Durante mucho tiempo se ha supuesto que la titina es la columna vertebral rígida de los sarcómeros, los segmentos funcionales básicos de los músculos cardíacos y esqueléticos que se expanden y contraen. Resulta que la titina es mucho más dinámica de lo que se creía, afirma Gotthardt.
Las células del músculo cardíaco parecen tener una reserva de titina soluble repartida por todo el sarcómero, preparada para sustituir a las proteínas dañadas en el proceso repetitivo de expansión y contracción muscular. Las proteínas sobredimensionadas se desplazan fuera de las células y luego se degradan. Todo esto sucede en el transcurso de unas pocas horas, lo que parece rápido, pero en realidad es mucho más largo que para cualquier otra proteína sarcomérica.
La gran cantidad de titina localizada fuera del sarcómero fue una sorpresa, vista por primera vez gracias al nuevo modelo genético de ratón y a la técnica de imagen, dijo Gotthardt. Otro hallazgo inesperado fue la diversidad de moléculas de titina, llamadas isoformas, que se observaron. Es probable que las proteínas que se mueven más rápido sean isoformas diferentes a las que se mueven más lentamente.
«Esta es una mirada a la vida real del sarcómero», dijo Gotthardt. «Podemos entender la formación y remodelación de la estructura de los miofilamentos, lo que tiene relevancia para las enfermedades y el desarrollo humanos».
Potenciales aplicaciones
Las sondas fluorescentes pueden ayudar a los investigadores a estudiar cómo se reconstruyen los músculos después del ejercicio, o cómo se remodelan los músculos del corazón después de un ataque cardíaco. También podrían ayudar a comprender mejor las enfermedades cardíacas asociadas a mutaciones en otras proteínas sarcoméricas, dijo Franziska Rudolph, primera autora del trabajo.
«Es increíble seguir las variantes endógenas de la titina en tiempo real de principio a fin», dijo Rudolph. «Por ejemplo, la técnica podría utilizarse para hacer un seguimiento de las células implantadas con el fin de ver si se integran bien en la fibra muscular nativa y si se conectan correctamente con sus nuevas vecinas para trabajar como una unidad o no. Esta información podría mostrar si las terapias basadas en células son eficaces.
La validación de las nuevas herramientas y el establecimiento de métodos para el análisis de imágenes fueron un reto y requirieron la colaboración de colegas del Instituto de Biología de Sistemas Médicos del MDC, el Centro Médico Universitario de Göttingen y la Universidad de Arizona. El equipo trabajó duro para demostrar cómo las proteínas fluorescentes, generadas genéticamente, no tenían efectos secundarios inesperados en el músculo o en el desarrollo y la función de la titina.
Los investigadores del MDC siguen investigando la titina con las nuevas herramientas, incluyendo cómo responden los músculos esqueléticos al ejercicio.
Referencia
Rudolph et al. (2019) Resolviendo el ciclo de vida de la titina y la organización espacial del recambio de la proteína en los cardiomiocitos de ratón. PNAS. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1904385116
Este artículo ha sido republicado a partir de los siguientes materiales. Nota: el material puede haber sido editado por su longitud y contenido. Para más información, póngase en contacto con la fuente citada.