Phoenix 24Hay una forma muy eficaz de no encontrar algo: buscarlo con una herramienta que no está hecha para verlo. Eso es, más o menos, lo que le ha ocurrido a la biología con una familia entera de moléculas del cerebro humano. No estaban escondidas ni eran raras. Simplemente eran demasiado cortas para los métodos con los que contábamos las proteínas, y durante años quedaron fuera de casi todos los inventarios.
Las proteínas que el laboratorio no sabía ver
Durante años, las proteínas más cortas del cerebro no aparecían en los inventarios porque los métodos habituales apenas podían detectarlas. Un equipo del Salk Institute ha combinado varias técnicas para contarlas en tejido humano y el resultado añade más de mil proteínas nuevas al catálogo del cerebro humano, algunas alteradas en el alzhéimer.
- Menos de 150 aminoácidos: ese es el tamaño que las volvía casi invisibles para la espectrometría de masas, el método estándar para identificar proteínas.
- 1.067 proteínas cerebrales con respaldo sólido no figuraban en el catálogo de referencia revisado; el recuento bruto de candidatas llegó a 4.321.
- Una pieza de 63 aminoácidos del gen MKKS escasea en el alzhéimer, y su pérdida afecta a la energía de las células inmunitarias del cerebro.
- La función del resto sigue sin conocerse, y el mapa sale de cerebros donados tras la muerte: es una foto final, no la película.
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El cerebro fabrica miles de proteínas diminutas que hasta ahora nadie sabía leer
Durante décadas, las proteínas más pequeñas del cerebro pasaron por debajo del radar de los laboratorios. Un nuevo atlas humano identifica miles de ellas, y algunas se comportan de otra manera en el alzhéimer.Sigue leyendo
Publicado por Santiago Campillo Brocal
Biólogo. Máster en Biología Molecular y Biotecnología, Director de Muy Interesante Digital
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Hay una forma muy eficaz de no encontrar algo: buscarlo con una herramienta que no está hecha para verlo. Eso es, más o menos, lo que le ha ocurrido a la biología con una familia entera de moléculas del cerebro humano. No estaban escondidas ni eran raras. Simplemente eran demasiado cortas para los métodos con los que contábamos las proteínas, y durante años quedaron fuera de casi todos los inventarios.
Lo que vas a descubrir en este artículo
- Las proteínas que el laboratorio no sabía ver
- Demasiado pequeñas para existir
- Espiar a los ribosomas en plena faena
- Qué tiene que ver todo esto con el alzhéimer
- Lo que el mapa todavía no nos puede explicar
- Referencias
Las proteínas que el laboratorio no sabía ver
Durante años, las proteínas más cortas del cerebro no aparecían en los inventarios porque los métodos habituales apenas podían detectarlas. Un equipo del Salk Institute ha combinado varias técnicas para contarlas en tejido humano y el resultado añade más de mil proteínas nuevas al catálogo del cerebro humano, algunas alteradas en el alzhéimer.
- Menos de 150 aminoácidos: ese es el tamaño que las volvía casi invisibles para la espectrometría de masas, el método estándar para identificar proteínas.
- 1.067 proteínas cerebrales con respaldo sólido no figuraban en el catálogo de referencia revisado; el recuento bruto de candidatas llegó a 4.321.
- Una pieza de 63 aminoácidos del gen MKKS escasea en el alzhéimer, y su pérdida afecta a la energía de las células inmunitarias del cerebro.
- La función del resto sigue sin conocerse, y el mapa sale de cerebros donados tras la muerte: es una foto final, no la película.
Ahora, un equipo del Salk Institute for Biological Studies de San Diego ha publicado en Nature Aging el atlas más completo hecho hasta la fecha de estas microproteínas en el cerebro humano. Los investigadores analizaron más de 600 muestras de corteza frontal de personas fallecidas, con y sin alzhéimer, y el recuento final obliga a revisar una idea que parecía cerrada: la de que ya sabíamos, al menos a grandes rasgos, qué proteínas fabrica nuestro cerebro.
Demasiado pequeñas para existir
Una proteína es, en esencia, una cadena de aminoácidos que un ribosoma ensambla leyendo las instrucciones de un ARN mensajero. Las más conocidas tienen cientos o miles de eslabones. Las microproteínas, en cambio, no superan los 150 aminoácidos, y ese tamaño es precisamente lo que las ha vuelto invisibles.
El método estándar para saber qué proteínas hay en un tejido es la espectrometría de masas: se trocean las proteínas, se pesan los fragmentos y se reconstruye la identidad de cada una a partir de ese rompecabezas. Con una proteína diminuta, el rompecabezas tiene tan pocas piezas que el método a menudo no consigue identificarla. Es un problema parecido al de un detector de metales calibrado para monedas grandes: puede barrer la misma playa durante años y devolver siempre el mismo mapa sin que nadie mienta, porque el aparato ignora por diseño todo lo que pesa menos de cierto umbral.
Había, además, un segundo obstáculo. Algunas microproteínas proceden de regiones del genoma que se consideraban no codificantes, el terreno que durante años se etiquetó como ADN basura. Pero otras salen de genes perfectamente conocidos que, además de su proteína grande, fabrican una pequeña a partir de otro tramo de la misma secuencia. Las técnicas convencionales de secuenciación de ARN tienden a atribuir toda esa lectura a la proteína grande, y la pequeña se pierde en la cuenta. Brendan Miller, neurocientífico del Salk y primer autor del estudio, las describe por eso como la materia oscura del genoma.
¿Cuántas piezas del cerebro hemos dado por inexistentes solo porque el aparato con el que mirábamos no estaba hecho para verlas?
Espiar a los ribosomas en plena faena
Para esquivar esos puntos ciegos, el equipo combinó tres técnicas. La espectrometría de masas y la secuenciación de ARN se completaron con el perfilado ribosómico, un método que captura los ribosomas de las células y secuencia los fragmentos de ARN mensajero que tienen enganchados en ese momento. Es la manera de pillar a la célula traduciendo un mensaje concreto, la prueba de que esa proteína pequeña no es un resto de otra, sino algo que se fabrica activamente.
Aplicado a 608 muestras post mortem de corteza prefrontal dorsolateral, una región implicada en el control cognitivo, el análisis identificó 4.321 microproteínas, de las que 3.217 no figuraban en el catálogo de referencia revisado de proteínas humanas, conocido como UniProtKB/Swiss-Prot.
Identificar, sin embargo, no es lo mismo que confirmar. Los investigadores sometieron 3.001 de esas candidatas a un modelo de aprendizaje profundo que predice la huella que debería dejar cada fragmento en el espectrómetro y puntúa la confianza de cada detección. Solo 1.067 superaron el listón de confianza alta. Es la cifra que conviene retener: más de mil proteínas cerebrales humanas con respaldo sólido que no estaban en el catálogo.
Qué tiene que ver todo esto con el alzhéimer
El alzhéimer es, en buena medida, una enfermedad de proteínas que se pliegan mal, se acumulan y desencadenan una respuesta tóxica en el tejido. Miller lo plantea en esos términos y concluye que entender el proteoma completo, incluidas estas piezas pequeñas, debería ser una urgencia. La confusión entre una proteína y la enfermedad a la que se asocia ya ha dado más de un titular precipitado, así que el matiz importa.
Al comparar cerebros con y sin la enfermedad, el equipo encontró decenas de microproteínas cuya expresión cambia en el alzhéimer, es decir, que aparecen en mayor o menor cantidad que en un cerebro sano. Y lo hacen, según el estudio, con independencia de lo que ocurre con la proteína grande codificada en ese mismo punto del genoma. No son un simple eco de su vecina.
El caso más llamativo sale de un gen llamado MKKS. Además de su proteína conocida, ese gen produce una microproteína de 63 aminoácidos que, según los autores, es en realidad el principal producto de traducción de ese tramo del genoma. En el cerebro con alzhéimer aparece reducida. Y en los experimentos del equipo, su pérdida afecta a la respiración mitocondrial de la microglía, las células inmunitarias del cerebro. Es la primera pista de que al menos una de estas piezas diminutas participa en el suministro de energía de las células que vigilan el tejido cerebral.
“Podríamos estar pasando por alto toda una capa de la biología”, advierte Bahareh Ajami, neuroinmunóloga del Cedars-Sinai Medical Center de Los Ángeles.
Lo que el mapa todavía no nos puede explicar
Conviene no correr más que los datos. El atlas no establece qué función biológica tiene la inmensa mayoría de estas microproteínas, y los propios autores lo subrayan. El caso de MKKS es una excepción trabajada a fondo, no la norma. Que una molécula aparezca alterada en un cerebro con alzhéimer tampoco dice si contribuye al daño, si forma parte de una respuesta de defensa o si es una simple consecuencia de la degeneración.
Hay otras limitaciones de diseño. Las muestras son post mortem, lo que convierte el estudio en una fotografía del final del proceso y no en la película completa de la enfermedad. Y todo procede de una única región, la corteza prefrontal dorsolateral. No hay aquí ningún fármaco, ni biomarcador clínico, ni diana validada: hay un inventario. Algo parecido a lo que ocurre con las bóvedas celulares, estructuras que tenemos a miles en cada célula y cuya función sigue siendo un misterio décadas después de descubrirlas.
Un catálogo abierto no cura nada. Pero sin él, nadie sabría siquiera qué moléculas merece la pena poner a prueba en el laboratorio.
Lo que sí hay es un punto de partida. El equipo ha hecho públicas todas las secuencias para que cualquier laboratorio pueda descargarlas y diseñar sus propios experimentos, una forma de trabajar cada vez más habitual en proteómica, donde ningún grupo puede validar en solitario miles de candidatas.
El siguiente paso es el más lento y el menos vistoso: tomar las 1.067 microproteínas con respaldo sólido y averiguar, una por una, qué hacen. Con MKKS, el equipo ya ha demostrado que el método puede llevar de una lectura del genoma a una función concreta en la microglía. Queda por ver cuántas de las decenas alteradas en el alzhéimer siguen el mismo camino, y si alguna resulta estar en el origen del problema en lugar de en sus consecuencias. (M).