Mensajes cifrados entre las células
El calcio es un mensajero universal que produce señales para activar o desactivar numerosos procesos metabólicos en los organismos vivos. Su liberación en la célula está estimulada por otro compuesto, el IP3. Una investigación reciente echa luz sobre la forma en que estos dos mensajeros se difunden en las células.
Imagen de una onda intracelular de calcio observada con microscopía. Según el código de colores de la barra lateral, cuanto más cálido, más fluorescencia y, por lo tanto, más calcio. Imagen: gentileza Estefania Piegari y Lucia Lopez.
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La comunicación en el interior de las células es intensa. Los mensajes van y vienen, y son indispensables para que todo funcione como es debido. Es que cualquier cambio en el medio que rodea a cada célula tiene que ser avisado de inmediato, de lo contrario ella no podrá adaptarse a la nueva situación.
Los mensajes en cuestión son de índole química, son transportados por moléculas producidas en la misma célula o por átomos (iones) de minerales, guardados en receptáculos y liberados con el fin de iniciar una cascada de señales. Éstas, a su vez, “golpean” otras puertas.
El calcio es un mensajero universal en los seres vivos. Y para su liberación, muchas veces requiere de la acción de otro mensajero: uno de ellos es el que se conoce como IP3 (inositol trifosfato). Las células lo fabrican cuando se produce un cambio en el entorno. Este mensajero se difunde y se une a los canales de calcio de la célula y hace que se libere mayor cantidad de este mineral, que está involucrado en muy diversos procesos biológicos, como la comunicación entre neuronas, la memoria, los latidos cardíacos, la contracción muscular y la fertilización, entre otros.
“El tipo de respuesta que induce ese cambio en la concentración de calcio depende de cómo sea esa variación, cómo ocurra en el tiempo y en el espacio”, explica Silvina Ponce Dawson, profesora en el Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA e investigadora del CONICET.
Hace algunos años se había estimado cómo se esparcía el IP3 dentro de la célula, y se había postulado que lo hacía muy rápidamente. Ahora, en un trabajo que fue publicado en la tapa de la revista Science Signaling, se muestra que el IP3 no se difunde de manera tan rápida como se creía.
Pero ¿cuál es la importancia de este resultado? “La forma en que este mensajero se difunde en la célula influye en cuánto se pueden propagar sus señales en el citoplasma celular”, afirma Ponce Dawson, que firma, junto con otros investigadores, el trabajo que se publicó en Science Signaling.
Mensajero universal
Lo cierto es que el rango de difusión del calcio depende de los mecanismos que tiene la célula para atraparlo y no permitirle avanzar. “En estas señales que involucran a dos mensajeros: el calcio y el IP3, se suponía que este último se difundía por toda la célula y, si había algo que limitaba la propagación en el espacio de estas señales, era el calcio, porque era atrapado por la célula. Ahora nuestra conclusión es que el IP3 también tiende a permanecer localizado, no difunde tan rápidamente porque hay algo que lo atrapa”, explica la investigadora.
El hecho de que la célula tenga mecanismos para “atrapar” a estos dos mensajeros y no dejarlos avanzar en el reparto de señales, tiene consecuencias para la propagación de estas señales y la respuesta que puede provocar.
En el caso de la fecundación del óvulo, el espermatozoide desencadena la liberación del IP3, que a su vez estimula la liberación de iones de calcio. Así, aumenta la concentración del calcio y se producen ondas de estos mensajeros que viajan por el cigoto y estimulan diversos procesos como la síntesis de proteínas y el ciclo celular.
Para que se contraigan los músculos, y también el corazón, se requiere la propagación de una onda de calcio. Al respecto detalla Ponce Dawson: “Los latidos del corazón están coordinados por variaciones periódicas de la concentración de calcio en las células que lo forman. La concentración sube y baja, sube y baja, y si, por alguna razón, no vuelve a bajar como debe, los latidos dejan de ser regulares y se produce una arritmia. Justamente, algunas arritmias son tratadas con bloqueantes de los canales de calcio”.
En el páncreas, frente a cambios en la glucosa, se producen oscilaciones del calcio y eso induce la liberación de insulina. El calcio interviene también en la comunicación entre las neuronas, y de su propagación depende la liberación de neurotransmisores.
“El calcio tiene que propagarse de alguna forma, con cierta velocidad, y hasta cierta distancia, para que otra molécula reciba la señal y pueda inducir un cambio”, destaca Ponce Dawson.
Según cuánto calcio se desparrame, si va más rápido o más lento, o si oscila, se generan distintas respuestas. En el caso de los músculos, si el calcio permanece elevado localmente, ello lleva a una relajación; si la onda se propaga, ello conduce a la contracción.
El mensaje del calcio
La distribución espacial y temporal del calcio constituye un mensaje, es como si el calcio pronunciara determinadas palabras. “En nuestras investigaciones estamos haciendo una lista de ‘palabras’ que pronuncia el calcio, sin ponerles el significado, y estudiamos qué mecanismos hacen que pronuncie una u otra”, explica, de manera metafórica, Ponce Dawson.
Así, el calcio activa diferentes procesos, como la división celular, la proliferación, la liberación de neurotransmisores o de hormonas e, incluso, puede llevar a la muerte celular.
Estos conocimientos, ¿pueden tener alguna aplicación? “Si logramos establecer qué es lo que influye para que la difusión se vuelva más lenta, uno podría introducir una modificación”, opina la investigadora, y agrega: “Creemos que son los mismos canales de calcio los que lo atrapan. Si se pudiera modificar eso, se podría alterar el rango espacial de la señal, es decir, lograr que llegue más lejos o que no llegue”.
El calcio es un mensajero universal, porque participa en numerosos procesos vitales en los organismos vivos. Si se acumula en exceso, lleva a la muerte celular. De la forma en que se difunde entre las células o en el interior de cada una de ellas, dependen muchas patologías.
El conocimiento de la forma y del alcance de esa difusión en condiciones normales podría tener aplicaciones para actuar cuando esos procesos son anormales.
