Un equipo de investigadores de la Universidad Hospitalaria de Bonn y del Centro Médico Universitario de Göttingen ha realizado un estudio que revela cómo las neuronas optimizan su consumo energético a través de la regulación de la distribución de ARN mensajero (mRNA) y proteínas. Publicado en la revista Nature Communications, este trabajo destaca la importancia de la conservación de energía en procesos moleculares clave dentro del cerebro, que consume aproximadamente el 20% de la energía total del organismo, a pesar de su pequeño tamaño.
Las neuronas enfrentan el desafío de proporcionar a sus sinapsis, los puntos de contacto con otras neuronas, y al mismo tiempo, organizar la síntesis de proteínas de manera que no se produzcan excesos ni carencias. Este equilibrio es fundamental, ya que la producción y el transporte de proteínas requieren un alto gasto energético. El grupo de investigación ha demostrado que la conservación de energía influye en la localización y cantidad de mRNA y proteínas, lo cual varía en función de características como la longitud y la durabilidad de cada molécula.
Un nuevo enfoque sobre la expresión genética
Gracias a avances en bioquímica y microscopía, los científicos han podido mapear con precisión la ubicación de copias individuales de mRNA y sus correspondientes proteínas en las células, así como cuantificar miles de especies moleculares. Esta capacidad permite estudiar principios organizativos complejos que controlan patrones de expresión génica espacial.
El equipo, liderado por la profesora Tatjana Tchumatchenko, combinó datos experimentales de más de diez grandes estudios de mRNA y proteómica, que involucraron decenas de miles de especies moleculares. Los hallazgos revelan que la necesidad de conservar energía determina el número y la ubicación de mRNA y proteínas, afectando a cada especie molecular de manera diferente según sus propiedades físicas. Por ejemplo, si se sintetizaran proteínas de corta duración en el cuerpo celular, muchas de ellas no llegarían a las sinapsis debido al tiempo de transporte, lo que resultaría en un desperdicio de energía.
El modelo propuesto por los investigadores sugiere que las proteínas se sintetizan preferentemente en las dendritas, las prolongaciones de las neuronas, cuando las pérdidas energéticas durante el transporte desde el cuerpo celular hacia las sinapsis son mayores que el gasto energético necesario para mover el mRNA hacia las dendritas.
Además de los hallazgos sobre la conservación de energía, el estudio ofrece una nueva perspectiva sobre los principios organizativos de la expresión génica. Los investigadores subrayan que las propiedades físicas de las proteínas, como su longitud o tiempo de vida, influyen significativamente en el presupuesto energético y, por ende, en el lugar de su síntesis, más allá de su función específica. Este enfoque puede ayudar a correlacionar numerosos conjuntos de datos existentes en diferentes laboratorios, abriendo nuevas vías para la investigación en neurociencia y biología celular.
