ABCL

Segunda parte
Los premios Nobel 2012
El Comité de Redacción de Acta Bioquímica Clínica Latinoamericana ha seleccionado este artículo publicado en CIENCIA HOY – Volumen 22 - Número 130 – agosto-Septiembre 2012, pp. 53-55, para su difusión a través de FABA Informa

MEDICINA O FISIOLOGÍA
Regresando a los orígenes:
el camino de la reprogramación celular

Fernando Pitossi
Doctor en ciencias biológicas, Albert Ludwig-Universität, Friburgo, Alemania.
Investigador independiente del Conicet en el Instituto Leloir.
Coordinador del Consorcio de Investigación en Células Madre (CICEMA).

El premio Nobel en fisiología o medicina correspondiente a 2012 fue otorgado al inglés John Gurdon, de la Universidad de Cambridge, y al japonés Shinya Yamanaka, de la Universidad de Kyoto, por ‘su descubrimiento de que las células maduras pueden ser reprogramadas para convertirse en pluripotentes’, es decir, capaces de transformarse en células de cualquier tipo de los que hay en el organismo.
Para comprender este descubrimiento, primero se necesita entender la dinámica celular de un organismo y cómo se desarrolla. El cuerpo de un humano adulto está compuesto por entre l0 y 100 billones de células (1013-1014). Si cada una tuviera el tamaño de una persona, puestas una junto a la otra ocuparían una superficie similar a la del territorio argentino. Todas esas células tienen características comunes, pero pueden agruparse en familias o tipos según su función. Más de doscientos diferentes tipos celulares componen un cuerpo humano, cada uno encargado de cumplir alguna de las funciones vitales del organismo. Por ejemplo, las neuronas transmiten información en forma de impulsos electroquímicos, los miocitos se contraen y generan fuerza muscular, los hepatocitos detoxifican de un sinnúmero de sustancias, las células del sistema inmune protegen de agentes extraños, etcétera.
Pero esos billones de células adultas, de cualquier tipo que sean, provienen de una sola célula: el óvulo fecundado por un espermatozoide. En un ambiente propicio, ese óvulo fecundado comienza un proceso de desarrollo que lo lleva primero a formar una estructura llamada blastocisto, de una de cuyas partes, denominada macizo celular interno, proceden las células madre embrionarias que dan origen a todas las diferentes células de un organismo. Esas células madre embrionarias son llamadas pluripotentes (la palabra usada en la comunicación del Nobel) porque tienen la potencialidad de originar cualquier otro tipo celular del organismo.
Durante la gestación, comienza un proceso de especialización llamado diferenciación, por el que se generan células nuevas que empiezan a adquirir funciones determinadas. Así, se forman tres tipos de linajes llamados ectodermo, mesodermo y endodermo, los cuales dan origen, entre otras, respectivamente a neuronas, células musculares y células del aparato digestivo. Luego, las neuronas que produce el ectodermo se siguen especializando para cumplir un tipo de transmisión específica y van adquiriendo características propias de la región cerebral en que actuarán. Algo similar ocurre con las demás células de esos tres linajes.
El descubrimiento que premia el Nobel 2012 consiste en haber obtenido, primero, la prueba de concepto y, luego, la información precisa de cómo se puede revertir el proceso de diferenciación. En otras palabras, cómo puede retrotraerse una célula adulta, con una función especifica, al estadio de célula madre pluripotente. Esta célula madre pluripotente generada a partir de una célula adulta se denomina célula reprogramada o célula pluripotente inducida y el proceso que lo logra se llama reprogramación celular.

El camino hacia el Nobel

La contribución de John Gurdon a la reprogramación celular consistió en haber aportado la prueba de concepto de que es posible. En 1962 realizó un experimento para comprobar la hipótesis de que una célula adulta especializada podía convertirse en menos especializada. Dado que todas las células del organismo poseen la misma información genética, es decir el mismo genoma, lo que determina su función son los genes que se hallen activos o inactivos. Si esto fuera así, cada célula poseería la capacidad inherente de ser pluripotente.
Gurdon probó esta hipótesis reemplazando el núcleo de un huevo de rana por uno de una célula especializada del intestino de renacuajo. Este huevo con el núcleo de una célula madura se desarrolló hasta ser un renacuajo, y mostró que el núcleo de la célula madura no había perdido la posibilidad de dar origen a otras células del organismo. El experimento proveyó la prueba de concepto de que existían factores en el citoplasma de la célula indiferenciada que modificaban al núcleo de la célula adulta diferenciada y la llevaban a adquirir características de célula madre pluripotente. Quedaba por determinar qué factores permitían transformar el núcleo de una célula madura en una pluripotente.
Más de cuarenta años después, Shinya Yamanaka, sobre la base de información obtenida por muchos investigadores, definió 24 genes capaces de dar origen a la reprogramación. Y un investigador de su laboratorio, Kazutoshi Takahashi, demostró que esos 24 genes juntos incorporados a una célula adulta especializada le conferían capacidades de pluripotencia.
Luego ensayó combinaciones de 23 genes, quitando un gen en cada sucesivo experimento hasta descubrir que solo resulta necesario transferir cuatro genes para dar a una célula madura especializada la capacidad de originar cualquier otro tipo celular. Quedaron así identificados los cuatro genes (OCT4, c-MYC, KLF4 y SOX2) necesarios para la reprogramación celular.

Implicancias

Este descubrimiento repercute de varias formas tanto en el medio académico como en el clínico. Ante todo, da por tierra con el postulado de que una célula madura no puede reprogramar su identidad y pasar a un estado indiferenciado o pluripotente. Esto abre la posibilidad de una verdadera revolución en la medicina, pues permite suponer que a partir de la reprogramación celular se podrán obtener, en el futuro, células pluripotentes a partir de células maduras como los fibroblastos de la piel.
En otras palabras, el descubrimiento galardonado con el Nobel autoriza a vislumbrar terapias celulares que reemplacen células enfermas por otras obtenidas por reprogramación celular. Ese tipo de terapia regenerativa solo se aplica hoy a trasplantes de médula ósea para tratar enfermedades de la sangre. También deja entrever la generación de bancos de células reprogramadas compatibles con determinados grupos de población.
Se ha comprobado que es posible reprogramar células a partir de una biopsia de 3 mm de la piel, derivar de ellas por ejemplo neuronas, y que estas posean características funcionales de la enfermedad del individuo biopsiado. Por este camino se están desarrollando in vitro modelos de estudio de enfermedades de los que antes se carecía, pues no es posible estudiar las neuronas del cerebro de un paciente en forma no invasiva, salvo por la tecnología de imágenes.
Es notable que este premio Nobel se haya otorgado sin que aún exista tratamiento que recurra a la reprogramación celular. Ello quizá se haya debido a que las posibilidades de nuevas terapias son muy amplias y tendrían fuertes repercusiones en la salud de la población. Ahora la comunidad científica internacional realiza esfuerzos por establecer esos nuevos tratamientos. Investigadores argentinos participan en esos esfuerzos.
Como anécdota personal, a Gurdon le sugirieron enfáticamente que abandonara el estudio de la biología y su copremiado comenzó su carrera profesional como cirujano. Gracias a la perseverancia de uno y al cambio de actividad en busca de su verdadera vocación del otro hoy podemos vislumbrar un futuro de promisorias alternativas terapéuticas para enfermedades que en este momento no tienen tratamientos. Quizá esa perseverancia y el tomar riesgos para buscar un camino profesional adecuado sean valores que se hayan premiado indirectamente al otorgar este Nobel 2012 en medicina o fisiología.

QUÍMICA

Carlos Davio
Doctor en bioquímica, UBA.
Profesor asociado de química medicinal, Facultad de Farmacia y Bioquímica, UBA. Investigador principal del Conicet.
cardavio@ffyb.uba.ar

Omar Coso
Doctor en ciencias biológicas, UBA.
Profesor adjunto, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, UBA.
Investigador independiente del Conicet.
omaracoso@yahoo.com

La Real Academia de Ciencias de Suecia otorgó el premio Nobel de química de este año a los estadounidenses Robert J Lefkowitz y Brian Kobilka formados originalmente como médicos y en la práctica farmacólogos moleculares, por sus estudios de receptores acoplados a proteínas G.
Lefkowitz, nieto de inmigrantes polacos, nació en 1943 en Nueva York. Se educó en la Universidad de Columbia y actualmente es profesor de biomedicina y bioquímica en la Universidad de Duke, en Carolina del Norte. Kobilka, que fue discípulo del anterior, nació en Minnesota en 1955 y hoy es profesor de fisiología celular y molecular en la Universidad de Stanford, en California.
Si uno se preguntara por qué dos médicos dedicados a la bioquímica y a la fisiología celular y molecular resultaron galardonados en química encontraría la respuesta sin dificultad en la actual concepción de la medicina y la química. Las bases de esa concepción se remontan a Paul Ehrlich (1854-1915), médico y farmacólogo alemán que obtuvo el premio Nobel de medicina o fisiología en 1908. Ehrlich estableció la teoría de que las células poseen en su superficie moléculas receptoras específicas. Estas, postuló, son capaces de unirse con determinados grupos químicos de las moléculas del espacio extracelular, y esa vinculación determina que entre en la célula una señal potencialmente condicionante o determinante de una respuesta celular.
Ese proceso de comunicación permanente entre las células que forman un tejido o un organismo permite que, a partir de un cigoto original, las células producidas por sucesivas divisiones se ordenen espacialmente y se diferencien funcionalmente hasta conformar un organismo completo, compuesto por células diversas, todas originadas por una sola inicial.
El idioma mediante el cual unas células se comunican con otras está determinado por muchos factores. Un paso esencial de dicha comunicación es la emisión de mensajes mediante moléculas que las mismas células secretan y que pueden viajar tanto hasta una célula vecina como hasta otra muy distante en el organismo. Ese mensaje molecular no es interpretado por todas las células a las que llega sino solo por aquellas que tienen en su superficie o membrana plasmática los receptores adecuados.
Las moléculas receptoras de la superficie celular son literalmente de miles de clases, al igual que las estructuras químicas con las que ellas se unen (o ligandos) y determinan esa comunicación. Decir miles parece mucho, pero si nos detenemos unos instantes a pensar, nos damos cuenta de que la construcción de un lenguaje determinado por las interacciones de miles de receptores con miles de ligandos posibilita que existan casi infinitas oraciones potenciales para el diálogo celular. Es uno de los idiomas más complejos de comprender, el idioma de la vida.
Muchos laboratorios del área biomédica dirigen sus esfuerzos a entender ese idioma. Su complejidad determinó que algunos se especializaran en elementos específicos del sistema de comunicación, entre los que ocupan un lugar destacado los receptores acoplados a proteínas G, moléculas de la superficie celular responsables de una parte destacada del diálogo de la vida. Regulan procesos fundamentales cuya alteración accidental o provocada puede conducir a la aparición de enfermedades. Es precisamente por sus estudios de estos receptores (o GPCR, por G-proteín-couppled receptors), que Lefkowitz y Kobilka recibieron el Nobel.
Gracias al proyecto que secuenció el genoma humano hoy sabemos que aproximadamente mil genes regulan la acción de esas proteínas receptoras de membrana (o la codifican). No solo interactúan con esos receptores estructuras químicas simples generadas por el propio organismo, como la adrenalina, la dopamina, la histamina y la serotonina, que estimulan las células; también lo hacen aquellas producidas por el ambiente que nos permiten percibir sabores y olores. Aun la percepción de la luz es posibilitada por los GPCR.
Conocer la estructura y comprender el funcionamiento de lo anterior ha tenido consecuencias importantes para la sociedad actual. Aproximadamente la mitad de todos los medicamentos que hoy se prescriben consiguen sus efectos estimulando receptores acoplados a proteínas G. El conocimiento del lenguaje de la vida ha permitido que muchos que no somos tan jóvenes podamos dialogar con nuestros abuelos. Miles de investigadores han contribuido a ese conocimiento; entre ellos, Lefkowitz y Kobilka, más sus discípulos y los discípulos de sus discípulos, han realizado un aporte de excepción.
Para localizar los receptores celulares Lefkowitz comenzó utilizando, en 1968, estructuras químicas simples conocidas marcadas con radiactividad. Esa marca radiactiva reveló la presencia de varios receptores, entre ellos el beta-adrenérgico. Los efectos fisiológicos de la adrenalina se conocían, e incluso muchos fármacos que modulaban su respuesta eran aceptados y prescriptos para trastornos diversos, como los cardiovasculares. Encontrar su blanco molecular de acción abrió un nuevo camino: el diseño racional de fármacos, más específicos, más selectivos y por lo tanto menos tóxicos. Ese avance despertó gran interés en la industria farmacéutica.
El siguiente progreso se produjo en la década de 1980, cuando Kobilka, que era un nuevo estudiante de posgrado del laboratorio de Lefkowitz, aceptó el reto de aislar, a partir del cúmulo de información del genoma humano, el gen que codifica el receptor beta-adrenérgico. Lo consiguió, y cuando se examinó el gen en cuestión, se descubrió que el receptor era similar a uno que capta la luz que incide en la retina del ojo.
Fascinados por los elegantes diseños experimentales y por los aportes que realizaba el laboratorio de Lefkowitz, médicos, bioquímicos, farmacéuticos y biólogos que daban sus primeros pasos en la ciencia intentando estudiar el idioma de comunicación celular se volcaron al estudio de los receptores acoplados a proteínas G y al de las moléculas que responden dentro de la célula a su estimulación.
Inicialmente se llamó receptores serpiente a los acoplados a proteínas G, ya que parecían una víbora que atravesaba siete veces la membrana celular, con su boca en el mundo extracelular y su cola inmersa en el medio intracelular. El trabajo de Lefkowitz y sus discípulos permitió comprender cómo esas interacciones primarias entre una señal externa a la célula y un receptor en su superficie posibilitan percibir formas y colores, saborear un plato de comida, estar tristes o contentos y respirar sin necesidad de pensar en hacerlo.
El abanico de reacciones intracelulares que provoca la interacción de los GPCR con las señales externas es hoy motivo de intensa investigación. Esos efectos abarcan desde sutiles modificaciones en el metabolismo hasta cambios en el patrón de expresión génica de la célula. Hoy los GPCR están presentes de uno u otro modo en el interés de prácticamente todos los institutos de investigación biomédica del mundo. La construcción del conocimiento no se logra en forma individual; en la comprensión del idioma de la vida y del cometido de cada palabra participa un número de actores que no para de crecer.
Durante décadas Lefkowitz, Kobilka y sus discípulos dedicaron sus vidas a comprender una parte importante de los procesos moleculares que rigen la salud humana.
El premio Nobel destaca el cambio de concepción de la medicina y de la química que su trabajo reafirmó a lo largo de los años. Queda mucho camino por recorrer en la comprensión del idioma de la vida, y muchos descubrimientos vendrán apoyados en la que los premiados de este año lograron descifrar.