Lisosomas trabajando: células funcionando Edgar Reyna Rosas Las complicaciones de evolucionar Cuando la célula eucariota evolucionó --en contraste con las células procariotas que, como las bacterias, son menos complejas en cuanto a componentes celulares--, adquirió diversos organelos que no sólo le traerían beneficios sino también muchas complicaciones. Les pasa algo análogo a lo que sucedió con esta historia de una persona y sus automóviles; a Juan sus padres le regalaron un coche cuando era adolescente, era sencillo; para hacerlo funcionar sólo le ponía gasolina y lo limpiaba. Más adelante se compró uno más lujoso y con más aditamentos: calefacción, motor más grande y rápido, estéreo, luces en el interior y un sinfín de comodidades. Lo que él no sabía es que para que su nuevo auto funcionara tenía que proporcionarle múltiples cuidados. Pero Lisosomas trabajando: células funcionando / CIENCIORAMA 1
Juan no le prestó la atención necesaria y al cabo de algunos años el auto no arrancaba, ni las múltiples comodidades funcionaban. Él no sabía por qué había sucedido esto, pues suponía que era un coche mejor al que tenía anteriormente, así que decidió venderlo y quedarse con el que sabía utilizar. Veamos este ejemplo como un sistema de regulación, donde Juan es el responsable de regular el buen funcionamiento de sus autos para que no se descompongan. Y justo como en este ejemplo, muchas partes de las células y organismos se basan en sistemas de regulación, algunos de ellos son autorregulables, pues no dependen de ningún componente externo para ser regulados. Los mecanismos principales de estos sistemas sólo funcionan óptimamente si su mecanismo de regulación propio o ajeno funciona bien. Además de que se debe considerar la complejidad del sistema, ya que mientras más complejo es un sistema, la regulación lo es también, como en el caso de los dos carros de Juan. La célula eucariota es un sistema muy complejo que si no se autorregula apropiadamente puede sufrir alteraciones mortales. Qué tanto conoces a la célula eucariota? A diferencia de las procariotas, las células eucariotas tienen muchos más componentes u organelos que le sirven para regular mejor sus funciones y que éstas se realicen con mayor eficiencia. Algunos de estos componentes no suelen ser mencionados debido a que su función no se considera tan importante. Por ejemplo, siempre nos mencionan el núcleo y el indispensable ADN, la membrana, las mitocondrias y en algunos casos los ribosomas, pero pocas veces se mencionan organelos como el aparato de Lisosomas trabajando: células funcionando / CIENCIORAMA 2
Golgi, el retículo endoplásmico y rara vez se mencionan a los lisosomas (fig 1). Este organelo está presente en todas las células; y aunque no siempre tiene la misma forma en todas, sí posee las mismas funciones. Los lisosomas se describen principalmente en el caso de las células animales, y su proporción varía dependiendo del órgano del animal, y dependiendo de qué tanto se requiere su función en ese órgano. De manera desatinada, a los lisosomas se les llama el basurero de la célula, debido a que su función más conocida es la de eliminar todos los residuos que ya no sirven o que se necesita degradar para reutilizarlos. Sin embargo, su función es más importante y compleja y tiene una gran relevancia. Fig.1. Esquema representativo de una célula eucariota donde se señala a los lisosomas. Lisosomas trabajando: células funcionando / CIENCIORAMA 3
Los lisosomas y sus funciones Los lisosomas son vesículas intracelulares (semejantes a pequeñas burbujas) que se caracterizan porque tienen un ph de cinco (lo que quiere decir que en su interior el ambiente es muy ácido) y contienen una variedad de proteínas específicas llamadas hidrolasas ácidas (HA). Estas proteínas se encargan de degradar a otras o a componentes celulares como lípidos o ácidos grasos (como el colesterol), ya sea porque ya no funcionan o porque en su descomposición pueden adquirir nuevas formas reutilizables por la célula. Las HA se clasifican dependiendo del tipo de componente que degradan: las glicosidasas descomponen azúcares, las proteasas proteínas, las lipasas lípidos y las nucleasas ácidos nucléicos, por dar sólo algunos ejemplos. Por esta función de degradación los lisosomas son considerados el basurero de la célula; sin embargo están involucrados en diversos mecanismos celulares que forman nuevos componentes a partir de reciclar los degradados para regresarlos a los compartimentos donde se forman las proteínas (fig 2). Fig.2. Esquema representativo de la función de degradación de los lisosomas. A) Lisosomas con diversos componentes celulares y no celulares que van a ser degradados por las HA representadas como puntitos negros. B) Los componentes ya degradados. C) Excreción de los componentes celulares a través de pequeñas vesículas. Lisosomas trabajando: células funcionando / CIENCIORAMA 4
La teoría de la formación de los lisosomas menciona que se originan a partir de un proceso de intercambios vesiculares entre algunos compartimentos de la célula: el aparato de Golgi, el retículo endoplásmico, los endosomas, y los intermediarios entre estos compartimentos y la membrana celular que finalmente dan origen a los lisosomas (fig 3). Fig.3. Esquema representativo donde se muestran los distintos organelos que procesan a las HA, además de su transporte a los lisosomas. La relación entre estos compartimentos radica principalmente en el hecho de que cada uno de ellos puede crear vesículas y están implicados en la modificación o procesamiento de proteínas. En cada uno de estos compartimentos se van procesando las proteínas para que lleguen a su forma final; esta forma se va creando una vez que ya se tiene a la Lisosomas trabajando: células funcionando / CIENCIORAMA 5
proteína pero falta agregarle cadenas de carbohidratos (fig.4). Estos carbohidratos son aditamentos que indican a qué sitio en la célula va a ir la proteína a realizar su función, ya que muchas de ellas no la realizan en el lugar donde se crean. Por lo tanto, las proteínas llevan los carbohidratos como si éstos fueran el mapa de su destino. Fig.4. Esquema en donde se ejemplifica, cómo en cada compartimento se les añaden distintos carbohidratos a las proteínas. Éstas pueden seguir siendo modificados a su paso hasta llegar a su destino, el cual puede ser un organelo como los lisosomas. De esta misma manera se procesan las HA pertenecientes a los lisosomas. A éstas las transportan los endosomas que reconocen sus carbohidratos y les señalan la ruta a los lisosomas. Una vez que los lisosomas están formados y tienen sus variedades de HA, se encargan de recibir otras proteínas de la célula o también de fuera de la célula para degradarlas (romperlas o disgregarlas). Este proceso es fundamental, pues se ha observado que en células donde los lisosomas no funcionan correctamente, no se degradan todas las proteínas y se acumulan dentro de las vesículas siendo perjudiciales para la célula (fig 5). Estos efectos negativos son de tal magnitud que se reflejan en forma de enfermedades en la mayoría de los casos mortales. Lisosomas trabajando: células funcionando / CIENCIORAMA 6
Fig.5. Esquema comparativo entre la función correcta de los lisosomas (explicado en la fig.2) con los casos donde hay una ausencia de una HA que provoca la acumulación de cierto componente celular que conduce a un agrandamiento de los lisosomas. Cómo se descubrieron las enfermedades lisosomales? Como suele suceder en muchos de los episodios de la historia de la ciencia, el efecto ocasionado por cierta entidad o mecanismo es el detonante para descubrir su causa. En el caso de los lisosomas, primero se describieron ciertas enfermedades mortales asociadas a ellos, se analizaron y se dieron cuenta de que la principal característica de estas enfermedades era la presencia de vesículas muy grandes en distintos tejidos de los pacientes. Estas enfermedades se llamaron desórdenes de almacenaje lisosomal (Lysosomal Storage Disorders), un término acuñado en 1965 por Henri G. Hers. Este científico belga se dedicó a investigar la acumulación celular de glucógeno conocida como enfermedad de Pompe, la cual atribuyó a la ausencia de la proteína α- glucosidasa ácida, una de Lisosomas trabajando: células funcionando / CIENCIORAMA 7
las tantas HA de los lisosomas. Al igual que para el caso de la enfermedad de Pompe, posteriormente se describieron nuevos desórdenes de almacenaje correspondientes a la ausencia de diferentes proteínas, los cuales en muchos de los casos implicaban la acumulación de distintos tipos de ácidos grasos en la célula (fig 6). Todos estos desórdenes lisosomales son consecuencia de defectos congénitos, lo que significa que todas las células de la persona que padece alguna de estas enfermedades, carecen de un tipo de HA debido a que son incapaces de producirla. En determinados órganos del cuerpo la carencia es más grave porque existe una mayor demanda de la función de la proteína faltante. Esta carencia de HA en los lisosomas se debe a que durante los procesos de adición de sacáridos, las personas con estas enfermedades no son capaces de añadirlas, por lo que nunca llegan a su destino final que son los lisosomas. Este defecto ha sido observado en 60 diferentes tipos de desórdenes, entre los que podemos mencionar la enfermedad de Niemann- Pick tipo C, la Mucolipidosis IV, la enfermedad de Danon, la Lipofuscinosis neuronal que repercuten principalmente en el cerebro, además de afectar el hígado, el bazo, los huesos y el cartílago. Estas repercusiones dan lugar a serias deficiencias en el aprendizaje, a retraso mental, a deformidades, a retraso en el desarrollo, y en muchos de los casos a la muerte a los pocos años de vida. Afortunadamente, en los últimos veinte años se han podido desarrollar terapias de reemplazo de enzimas para algunas de estas enfermedades, en donde se ha podido combatir muchos de los daños a partir de dotar a los pacientes de medicamentos que permitan sintetizar las proteínas ausentes. Lisosomas trabajando: células funcionando / CIENCIORAMA 8
Fig. 6. Fotografías de células con un aumento en la cantidad de lisosomas además de su agrandamiento a causa de la acumulación de componentes celulares sin degradarse. La importancia de los sistemas autorregulables Retomando la idea de los sistemas de autorregulación y las funciones que ejecutan los lisosomas en la célula, podemos concluir lo siguiente. Los diversos organelos no tienen en la célula un orden jerárquico de funcionamiento donde los lisosomas estén al final en orden de importancia. Más bien, en el funcionamiento de la célula los organelos y sus funciones son todos igual de importantes y el mal funcionamiento de uno de ellos repercute en todo el sistema. Los lisosomas no sólo ayudan a que la célula no se vuelva un caos por la acumulación de componentes inservibles, sino que también ayudan a recuperar componentes, a procesar otros y están involucrados en muchos otros procesos de igual importancia. Tal vez sea imposible prevenir queeste tipo de desórdenes celulares sean heredados, sin embargo el estudio y el realce de las funciones e importancia de los lisosomas han permitido que se puedan combatir estas enfermedades que pueden llegar a ser mortales. Lisosomas trabajando: células funcionando / CIENCIORAMA 9
Para saber más 1. http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ Bibliografía 1. Braulke T. y Bonifacio JS. 2008.Sorting of lysosomal proteins. Biochim. Biophys, Acta. 2. Mullins C. y Bonifacino JS. 2001. The molecular machinery for lysosome biogenesis. BioEssays 23: 333-343. 3. Andrew P. Lieberman et. al. 2012. Autophagy in lysosomal storage disorders. Landes Bioscience, Autophagy 8:5, 719 730. Lisosomas trabajando: células funcionando / CIENCIORAMA 10