Metabolismo: tu cuerpo visto como una central de energía

Un examen del genoma humano revela el desempeño de distintos genes en la producción y consumo de energía. El estudio ofrece una nueva visión del metabolismo celular con grandes implicaciones en el tratamiento de diversas enfermedades

No sé si en alguna ocasión has oído hablar del ATP. Si no es así te contaré que ATP son las siglas que denominan a una molécula llamada adenosín trifosfato. El adenosin trifosfato es básicamente la moneda de cambio universal cuando hablamos de la energía que necesitan cada una de las células de tu cuerpo para funcionar. Para que lo entiendas mejor: al igual que en el mundo millones de personas que usan diferentes monedas pueden tomar el oro como valor de referencia para sus transacciones, las células pueden hacer lo mismo en base al ATP. De hecho el ATP es tan valioso para tus células como el oro para cualquier ciudadano del mundo.

Las células de tu cuerpo funcionan generando ATP a partir de los alimentos que consumes. Luego, cuando la célula necesita realizar una función, rompe dichas moléculas de ATP para liberar la energía contenida en sus enlaces y así alimentar las reacciones químicas necesarias para realizar sus propósitos.

El adenosin trifosfato es la moneda de cambio universal cuando hablamos de la energía que necesitan cada una de las células de tu cuerpo

Lo que difiere entre el ATP y el oro es que, a diferencia de la sociedad en que vivimos en la que unos acumulan grandes cantidades del preciado metal en detrimento de otros, todo tu cuerpo trabaja de manera coordinada para que los niveles de ATP estén debidamente repartidos para, en definitiva, mantenerte funcionando de forma correcta. Todo ha de estar en perfecto equilibrio. Y es por ello que niveles demasiado altos o bajos de ATP en algunos tipos de células se han relacionado con una gran variedad de enfermedades y desequilibrios energéticos.

Hasta hace muy poco, la falta de comprensión de cómo las células regulan la energía había dificultado el tratamiento terapéutico de muchos de estos desequilibrios energéticos. No obstante ahora un equipo de investigadores de la Universidad de Gladstone acaba de realizar una auditoria celular detallada y masiva de las células de nuestro cuerpo. En ella analizaron el genoma humano para identificar que genes son los responsables de la producción de energía y cuales de su consumo. El resultado es una colección de datos que sus autores han denominado "ATPome", que no solo proporciona nuevas directrices para el campo de la investigación del metabolismo, sino que también identifica genes y proteínas que pueden utilizarse para manipular la energía celular y tratar enfermedades. Los resultados del estudio se publican esta semana en la revista Nature Communications bajo el artículo títulado "Defining the ATPome Reveals Cross Optimization of Metabolic Pathways".

"Esencialmente, todas las funciones celulares requieren energía. Sin embargo antes de nuestro estudio no sabíamos casi nada sobre cómo restaurar la energía en las células cuando los niveles de estas están por debajo de lo normal", explica Ken Nakamura, coautor del estudio. "Nuestros hallazgos tienen grandes implicaciones para el tratamiento de una amplia gama de trastornos, incluidas enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Alzheimer, trastornos mitocondriales, enfermedades cardíacas, diabetes o cáncer", añade.

La potencia sin control no sirve de nada

Para averiguar cuanta energía producían o consumían las células, Nakamura y sus colegas utilizaron un sensor químico para cuantificar la cantidad de ATP presente en las células individuales. Luego, recurrieron a la tecnología de edición de genética CRISPR para potenciar o minimizar selectivamente la expresión de casi todos los genes del genoma humano uno por uno. De esta manera, el equipo pudo medir el efecto de alterar cada gen en los niveles de ATP. Más tarde repitieron los experimentos en tres condiciones metabólicas diferentes, lo que obligó a las células a depender de diferentes vías para producir ATP.

El conjunto de pruebas reveló nuevos genes y vías metabólicas que ayudan a impulsar la energía celular al promover la producción de energía o bien ralentizar el su consumo. También mostró que la fuente de combustible de la célula es un factor crítico para determinar qué genes son necesarios para mantener óptimos los niveles de ATP.

"Antes de este estudio, sabíamos mucho más sobre cómo se produce la energía que sobre cómo se consume", comenta Neal Bennett, becario postdoctoral de la Universidad de Gladstone y autor principal del estudio. "Una mejor comprensión de cómo se consume la energía podría conducir a formas verdaderamente novedosas de regular los niveles de ATP en enfermedades de desregulación energética", prosigue. "Por ejemplo, en enfermedades como el accidente cerebrovascular o el ataque cardíaco, donde las células experimentan un déficit agudo en el suministro de energía, nuestro estudio puede señalar hacia formas de conservar temporalmente los niveles de energía mediante la reducción de la cantidad de energía que consumen ".

Nuevas rutas metabólicas, nuevas aplicaciones médicas

El equipo también se sorprendió al observar un nuevo papel para una vía molecular llamada HIF1. Esta relacionado durante mucho tiempo con la producción de ATP cuando las células están en condiciones de poco oxígeno. No obstante, el grupo de Nakamura descubrió que la vía HIF1 suprime fuertemente la producción de ATP incluso en condiciones normales de oxígeno. Esto significa que frenar el HIF1 podría ser una forma de aumentar la producción de energía por parte de las mitocondrias.

"Antes de este estudio, sabíamos mucho más sobre cómo se produce la energía que sobre cómo se consume",

Nakamura cree que la nueva base de datos ATPome creada por su grupo probablemente será de gran utilidad para los científicos que estudian el papel de la energía celular en las enfermedades. Ser capaz de manipular la energía celular podría ayudar a los biólogos a limitar la cantidad de energía disponible para las células cancerosas o aumentar el ATP en las células cerebrales afectadas por la neurodegeneración, entre otras aplicaciones terapéuticas.

"Lo que hemos hecho es armar un plan básico de cómo los genes juegan un papel en la producción, el consumo y posiblemente la disfunción energética", afirma Nakamura, quien también es profesor asociado de neurología en la Universidad de California en San Francisco (UCSF). "A partir de aquí, tenemos que extender los resultados a otros tipos de células y comprender cómo este modelo básico se ve alterado por diferentes enfermedades con el fin de desarrollar nuevos enfoques terapéuticos para manipular el metabolismo energético".

El laboratorio de Nakamura está colaborando con otros investigadores de la universidad de Gladstone y la UCSF para estudiar cómo el uso de energía puede diferir en los cerebros afectados por la enfermedad de Parkinson o Alzheimer; en el corazón: un órgano que requiere grandes cantidades de energía y es propenso a fallar por falta de esta; o afectar a diferentes tipos de Cáncer, los cuales pueden estar alimentados por un exceso de energía.

J. M. S.

Fuente: National Geographic