El trabajo típico del proteosoma, el eliminador de basura de la célula, es triturar proteínas en trozos más pequeños y reciclar algunos de esos trozos y partes. Ese sigue siendo el caso, en su mayor parte, pero los investigadores de Johns Hopkins Medicine, que estudian las células nerviosas cultivadas en el laboratorio y en ratones, dicen que el papel del proteosoma puede ir mucho más allá.
Su función adicional, dicen los investigadores, puede pasar de clasificar basura a enviar señales en las neuronas del ganglio de la raíz dorsal, células que transmiten señales sensoriales desde las células nerviosas cercanas a la piel hasta el sistema nervioso central.
Los resultados de sus experimentos, publicados el 12 de abril en Informes celularesmuestran que los proteosomas pueden ayudar a esas neuronas especializadas a detectar el entorno circundante, enviarse señales entre sí y potencialmente diferenciar entre sentir dolor y picazón, un hallazgo que podría ayudar a los científicos a comprender mejor estos procesos sensoriales y nuevos objetivos para tratar el dolor y otros problemas sensoriales.
«Las neuronas viven una al lado de la otra durante mucho tiempo y necesitan formas de comunicarse entre sí sobre lo que están haciendo y quiénes son», dice Seth S. Margolis, Ph.D., profesor asociado de química biológica en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins. «Los proteosomas en la membrana de las neuronas pueden ayudar a las células a afinar este proceso de mensajería».
«Los proteosomas son más complicados de lo que parecen», dice Margolis. Él y sus colegas encontraron por primera vez proteosomas en las membranas plasmáticas de las neuronas del sistema nervioso central en ratones en 2017, a los que denominaron proteosomas de membrana neuronal, y han seguido estudiando cómo estos proteosomas especiales promueven la mensajería o la diafonía entre las neuronas.
En ese momento, Margolis se centraba en el sistema nervioso central, que abarcaba el cerebro y la médula espinal. Pero luego colaboró con el neurobiólogo Eric Villalón Landeros, Ph.D., becario postdoctoral en el laboratorio de Margolis en Johns Hopkins, cuyo trabajo se centra en el sistema nervioso periférico, la red de neuronas que recorre el resto del cuerpo, más cerca del piel, capturando información sensorial del entorno.
Margolis y Villalón Landeros se preguntaron si se podrían encontrar proteosomas en las neuronas periféricas y, de ser así, qué podrían hacer.
Utilizando anticuerpos de ratón que se adhieren a los proteosomas y otros métodos, los investigadores encontraron los proteosomas en la superficie de las neuronas de la médula espinal, los ganglios de la raíz dorsal, el nervio ciático y los nervios periféricos que inervan la piel.
Los investigadores también pudieron encontrar proteosomas en el mismo tipo de neuronas periféricas cultivadas en placas de cultivo de laboratorio.
Para comprender la función del proteosoma en las neuronas sensoriales periféricas, los investigadores administraron a ratones biotina-epoxomicina, un inhibidor del proteosoma impermeable a la membrana celular que bloquea la función de los proteosomas de la membrana neuronal. Luego, realizaron pruebas sensoriales clásicas.
Los investigadores descubrieron que los ratones que recibieron inyecciones del fármaco bloqueador del proteosoma biotina-epoxomicina en un lado del cuerpo eran entre un 25% y un 50% más lentos que el otro lado para responder a las pruebas sensoriales.
«Esto sugiere que los proteosomas de membrana son importantes para la sensación y deben facilitar esto a nivel de señalización», dice Margolis.
Los investigadores utilizaron tecnología de secuenciación de células individuales para determinar que los proteosomas de membrana se expresaban en una subpoblación de neuronas involucradas en la sensación de picazón y que se sabía que eran sensibles a la histamina, un compuesto del sistema inmunológico que desencadena la respuesta de un animal (incluido el humano) a los alérgenos.
En placas de cultivo de laboratorio, los investigadores estimularon neuronas relacionadas y no relacionadas con la picazón y bloquearon los proteosomas de sus membranas con biotina-epoxomicina. Esto resultó en cambios en la actividad en todas las células. «El bloqueo de los proteosomas parece tener un efecto modulador de la actividad en todas las células, a pesar de expresarse en una subpoblación, lo que sugiere que los proteosomas facilitan una especie de comunicación cruzada entre estas células», dice Margolis.
Los bloqueadores del proteasoma, incluido uno llamado Velcade, se utilizan actualmente para tratar ciertos tipos de cáncer.
Villalón Landeros y Margolis planean continuar trabajando juntos para determinar cómo funcionan los proteosomas de la membrana neuronal en las neuronas sensoriales y en la detección del dolor versus la picazón. «Queremos ver si podemos manipular los proteosomas de la membrana neuronal para obtener un resultado diferente en la sensación de dolor y picazón», dice Villalón Landeros.
Otros científicos que contribuyeron a la investigación son Samuel Kho, Taylor Church, Anna Brennan, Fulya Türker, Michael Delannoy y Michael Caterina de Johns Hopkins.
La financiación para la investigación fue proporcionada por los Institutos Nacionales de Salud (F32NS119202, R01 NS110754) y una subvención del Centro de Regeneración Nerviosa y Neuropatía Periférica Merkin.
