jueves, 12 de septiembre de 2013

Las acuaporinas: viaje al interior de la célula

DIALOGO CON KARINA ALLEVA, BIOQUIMICA, FACULTAD DE FARMACIA Y BIOQUIMICA, INVESTIGADORA ADJUNTA DEL CONICET

Para atravesar la membrana plasmática navegando en su barco hipotético, el Jinete ingresa en el canal de una acuaporina, esas proteínas que permiten el traspaso de agua y otras sustancias. La complejidad de una célula le resulta increíble.

–Esta es una página que, como sabe, sale hace varios años e intenta mostrar lo que hacen los científicos de todo el país. Yo soy un Jinete hipotético que va cabalgando y averiguando cosas y ahora quiero saber qué es lo que hace usted.
–A ver...
–Cuéntemelo como si estuviera en un café. –¿En el ámbito de la investigación científica, verdad? Porque en la universidad hacemos cuestiones con docencia...
–En su investigación, sí. –Bueno, mi objeto de investigación son las acuaporinas.
–¿Qué son? –Proteínas que están en las membranas, de un lado y del otro (atraviesan la membrana) y tienen un poro por donde pasan agua o solutos. Originalmente se las nombra acuaporinas porque fueron el punto cúlmine de una búsqueda que llevaron a cabo en los ’70 muchos biofísicos que estaban convencidos de que el agua no pasaba solamente a través de las membranas lipídicas, sino que pasaba a través de una proteína.
–Me traen un café, veo. Acá sí que se hace ciencia en serio. El café es esencial para el desarrollo científico. –Yo soy más de tomar mate. El mate también es esencial.
–De acuerdo... –Le decía, entonces, que había un gran proceso de investigación en torno del tema. Era demasiado el caudal de agua como para que solamente estuviera pasando por las membranas lipídicas. Cuando se encontró el canal responsable, el descubridor se llevó el Premio Nobel. Con el tiempo se descubrió que no era un canal exclusivamente de agua, sino que muchas acuaporinas dejan pasar otras cosas. Pero todavía mantienen ese nombre.
–¿Y qué estudian? –Lo que yo estudio tiene que ver con las relaciones estructura-función. Dentro de las acuaporinas hay varias subfamilias. Nosotros estudiamos unas que se llaman PMIP (plasma membran intrinsec proteins), que son acuaporinas que se ubican en la membrana plasmática de las plantas.
–Que es... –La membrana más externa de la célula. Porque hay otras que son intracelulares, que están en las membranas de adentro. Nosotros estudiamos las PMIP, y particularmente estudiamos cómo interaccionan, porque tienen algo particular estos canales.
–Cuénteme. –Si bien cada acuaporina tiene un poro por el que pasa el agua, aparentemente en la membrana siempre están de a cuatro, son tetrámeros. Hay siempre, siempre, cuatro. Algo particular que pasa entonces en plantas es que, según indican algunas evidencias experimentales, este tetrámero puede estar formado por distintos tipos de PMIPs. Entonces lo que nosotros estudiamos es qué pasa cuando una célula recibe dos de estas acuaporinas juntas.
–¿Cómo cuando recibe dos acuaporinas? ¿Dónde se fabrican las acuaporinas? –Como toda proteína, están codificadas en el núcleo. Luego de todo el proceso ya conocido, viajan a la membrana plasmática. Nosotros lo que hacemos es sacarlas de su sistema natural (no las estudiamos en plantas) y tomamos un sistema heterólogo (los ovocitos de xenopus) y le inyectamos el ARN.
–¿Qué son los ovocitos de xenopus? –Los óvulos del xenopus laevis, un anfibio que tiene unos óvulos que permiten que uno le inyecte el ARN mensajero de cualquier proteína y lo expresa como si fuera suyo. No reconoce que son exógenos. Lo que hacemos es sacar el ARN de la planta y transformarlo en ADN codificante, y el ARN que le damos al ovocito lo sintetizamos in vitro. Nosotros lo que le inyectamos es un ARN que fabricamos en el laboratorio, copiado de un ADN que a su vez se copió del ARN de la planta. Pero básicamente el ARN es el de la planta y se lo damos al ovocito, que fabrica la proteína. Eso nos permite hacer algunas mediciones funcionales y caracterizar funcionalmente la proteína (cuánta agua transporta, qué sensibilidad al PH tiene). Lo que hacemos, en los últimos años, es inyectarle al ovocito dos tipos de ARN que codifican para dos acuaporinas diferentes. Vemos luego la respuesta funcional y vemos que esa respuesta funcional es distinta de la que veríamos si las dos acuaporinas funcionaran por separado y la respuesta fuera la suma. Aparecen cosas nuevas.
–¿Por ejemplo? –Una sensibilidad a PH distinta; un transporte de agua muchísimo más alto. Después, por ejemplo, una de las acuaporinas que inyectamos es una acuaporina de tipo PMIP 1 que, si está sola, no llega a la membrana plasmática, se queda en el retículo endoplasmático, una organela. En presencia de la PMIP 2, por el contrario, las dos van juntas a la membrana. Nosotros, entonces, estudiamos funcionalmente el resultado de esa interacción, por microscopía de fluorescencia...
–¿Se ven en un microscopio las acuaporinas? –Nosotros lo que hacemos es adosarlas a una proteína fluorescente y luego lo que buscamos en el microscopio (con focal) es la proteína con fluorescencia. Es un microscopio particular.
–¿Y en microscopio electrónico se ven las proteínas? Supongo que sí... –Sí, pero no las podríamos reconocer. Nosotros tenemos que poder marcarlas y seguirlas dentro de las células. No podríamos saber, si no, que es la acuaporina específica que estamos buscando.
–¿Cómo es una acuaporina? Si me encuentro por la calle con una acuaporina, ¿qué vería? –Es linda, pero no se puede hacer mucho el canchero: andan de a cuatro juntas (es un tetrámero). Son muy parecidas entre sí. Es una proteína bastante pequeña, tiene vasos transmembrana (que pasan la membrana, salen, entran, salen, como un hilo) y los dos extremos (N y C terminal) quedan para el lado de adentro de la célula en el citoplasma. Entre esos seis vasos transmembrana se conforma el poro, por el que se supone que pasan las moléculas.
–¿Qué quiere decir que se arma el poro? –Dejan un hueco, literalmente. Imagínese que tiene un cable al que pliega seis veces, de tal manera que le quede una conformación cilíndrica en la que, en el medio, no haya nada. Bueno, tiene una imagen bastante cercana de cómo funciona la acuaporina. Eso queda insertado en la membrana, de modo que es un poro por el que pasan las moléculas de agua. Lo que nosotros sabemos para las acuaporinas de plantas con las que trabajamos es que en función del PH ese poro se puede abrir o cerrar. Si el PH es muy ácido, ocurre un cambio conformacional para que el poro quede cerrado; si el PH es más alcalino, hay otro cambio de la estructura de la proteína y se abre el poro. En función del PH, entonces, aun cuando exista la fuerza impulsora para el transporte de agua (porque no hay que olvidarse de que la proteína deja pasar agua cuando hay un gradiente osmótico, es decir, cuando hay una diferencia en la concentración de solutos de un lado a otro de la membrana plasmática) todo depende de si la acuaporina está abierta o cerrada.