Perseguir al mensajero

 - Comunicación DF -  

Para poder sobrevivir las células necesitan comunicarse con el medio que las rodea. Deben ser capaces de percibir cambios en su entorno y reaccionar a los mismos. En una gran cantidad de circunstancias esos cambios se manifiestan en modificaciones en la concentración de sustancias. Podemos pensar entonces que hay un mensaje cifrado en ese cambio, mensaje que las células deben poder descifrar. Para ello poseen receptores en su membrana capaces de ligar estas sustancias. Al ligarlas se inducen modificaciones hacia el interior celular constituyendo el primer paso de una cascada de señalización que permitirá transmitir el mensaje y generar la respuesta necesaria.

Los cambios “hacia adentro” pueden incluir la producción de nuevas sustancias o la liberación de otras desde reservorios internos. Estas sustancias, a las que se llama mensajeros, difunden en la célula y actúan en receptores u otros blancos intracelulares. Es por ello que se habla de “cascada” ya que el cambio inicial induce una secuencia encadenada de cambios. Los mensajeros difunden durante un tiempo y hasta una cierta distancia, es decir, tienen un rango de acción que los caracteriza. Este rango determina sobre qué blancos intracelulares pueden actuar y, por lo tanto, qué tipos de respuestas pueden inducir. Conocer estos rangos permite comprender procesos fisiológicos específicos. Entre los múltiples mensajeros existentes, el ión calcio es utilizado en una enorme cantidad de procesos distintos. “Aparece en la comunicación entre neuronas; en la excitabilidad neuronal; en la contracción muscular; en la fertilización. Por eso se dice que es un mensajero universal. Pero, por otro lado, es muy específico porque genera respuestas puntuales dependiendo de la célula en la que esté actuando y, aún en una misma célula, da lugar a diferentes respuestas”, aclara la investigadora del DF Silvina Ponce Dawson especialista en la distribución espacio-temporal del calcio dentro de la célula.

Dentro de las células hay reservorios de calcio -por ejemplo, el retículo endoplasmástico- que permiten liberarlo cuando se necesita que actúe. Pero también hay calcio en forma libre, aunque en menor cantidad. Un exceso de este ion en estado de libertad puede provocar la muerte de la célula, por eso hay mecanismos que permiten controlar su presencia y distribución. Diversos grupos de investigación interdisciplinarios buscan entender cómo se distribuye en el espacio y el tiempo, si su concentración oscila o de qué modo la geometría intracelular afecta su distribución, entre otros aspectos.

Uno de los mecanismos que inducen la liberación de calcio desde el retículo endoplasmático es el mediado por el mensajero llamado Inositol 1,4,5 trisfosfato o IP3.  Frente a ciertos estímulos externos las células producen IP3 a partir de precursores contenidos en la membrana plasmática. Este IP3 difunde en el citoplasma y se liga a sus receptores que se encuentran en la membrana del retículo. Cuando estos receptores ligan también calcio se abren canales que permiten la salida de más calcio desde el retículo hacia el citosol. De este modo se genera una señal de calcio que luego puede actuar sobre otros blancos. Hasta recientemente se suponía que el IP3 difundía rápidamente dentro de la célula, es decir, que era un “mensajero global” y que era el calcio el que, debido a los múltiples mecanismos que poseen las células para removerlo, limitaba el rango espacial de las señales. Sin embargo, Ponce Dawson junto a científicos de la Universidad de Callifornia refutaron esta idea mostrando que el IP3 difunde a una velocidad mucho menor de lo que se pensaba.

La publicación, fruto de colaboraciones de muchos años fue tapa de la conocida revista Science Signaling en el último noviembre. Los resultados indican que la difusión constante de IP3 es casi treinta veces menor que lo reportado en investigaciones previas. Es decir que este mensajero se mueve, pero más lento, algo así como un tren que en vez de recorrer toda la Argentina solo viaja por la provincia de La Pampa.

La investigadora del Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA) perteneciente a UBA-CONICET explica: “Mi aporte a esta investigación fue el modelado matemático y el análisis de los experimentos.” Este aporte se enmarca dentro de un proyecto cuyo objetivo es estudiar los comportamientos espacio-temporales que puede desplegar el calcio intracelular.  “Busco saber cómo se distribuye el calcio, en qué cambia cuando llega un estímulo y cómo otras sustancias influyen en su distribución”, especifica Ponce Dawson.

El trabajo involucró la realización de experimentos donde se liberó IP3 con luz ultravioleta y se observaron las señales de calcio inducidas por dicha liberación. Utilizando un modelo matemático para analizar los datos experimentales se estimó el coeficiente de difusión del IP3. Para tal fin los investigadores usaron un modelo unidimensional simplificado, el cual simula el viaje del mensajero y los  disparos de calcio luego de la estimulación.

Las conclusiones tienen consecuencias en la interpretación de los mecanismos por los cuales el calcio puede generar respuestas en casos en que la propagación de las señales involucra la liberación a través de receptores de IP3. Es relevante, en particular, para señales que viajan entre células o para entender procesos relacionados con la fertilización, las contracciones del corazón y los mecanismos de la memoria.