El mecanismo de estas toxinas marinas guarda similitudes con proteínas humanas implicadas en procesos como la muerte celular programada o la respuesta inmunitaria

Un equipo de investigadores coliderados desde el Centro Nacional de Biotecnología del CSIC, organismo adscrito al Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, ha logrado visualizar, por primera vez con una resolución sin precedentes, cómo las toxinas de ciertas anémonas marinas destruyen las células de los organismos a los que atacan.

Además, han descubierto que estas toxinas “reclutan” a los lípidos (grasas) de la membrana de la célula atacada para que contribuyan a su destrucción. Estos hallazgos pioneros redefinen lo que se sabía hasta ahora de este proceso. Dado que estas toxinas de las anémonas comparten similitudes estructurales con proteínas humanas implicadas en la respuesta inmunitaria y la muerte celular programada, el hallazgo abre nuevas vías para el desarrollo de aplicaciones biomédicas. El trabajo se ha publicado en Science Advances.

Por primera vez, un equipo internacional de investigadores del CNB-CSIC y la Universidad Complutense de Madrid ha conseguido observar con todo detalle cómo las actinoporinas -toxinas presentes en el veneno de al menos 20 especies de anémonas marinas, con funciones esenciales tanto en la depredación como en la defensa -perforan las membranas celulares para provocar la muerte de las células de sus presas. Gracias a la criomicroscopía electrónica de última generación, el estudio ha revelado la estructura tridimensional de estas proteínas en condiciones que imitan su entorno natural, insertadas en membranas artificiales que reproducen la composición de las membranas celulares.

Los resultados del proyecto internacional, en colaboración con la empresa Thermo Fisher Scientific, muestran cómo estas toxinas, pertenecientes a la familia de las proteínas formadoras de poros, se ensamblan en complejos que literalmente perforan la membrana celular, provocando la muerte de las células.

Hallazgo sorprendente

Uno de los hallazgos más sorprendentes del trabajo es que los lípidos de la membrana de las células no son meros componentes pasivos, sino que se reorganizan y se integran en la arquitectura del poro que forman las toxinas: “Distintas moléculas de lípidos habituales en la membrana se reorganizan y se disponen en anillos ordenados alrededor del poro, formando parte integral de su arquitectura”, explica Jaime Martín-Benito, investigador del CSIC en el Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) y codirector del trabajo.

En solución acuosa, las toxinas se presentan como moléculas aisladas. [J1] Sin embargo, al entrar en contacto con la membrana, sufren un cambio en su estructura que les permite insertarse en ella y agruparse en complejos proteicos que perforan la célula. “En esencia, estas toxinas literalmente agujerean las membranas de las células, lo que altera el equilibrio de sales y agua entre el interior y exterior celular. Este desequilibrio -conocido como desregulación osmótica-, compromete la viabilidad de la célula, que finalmente muere”, detalla César Santiago, investigador del CNB-CSIC.

Imágenes a escala atómica

Gracias a la utilización de criomicroscopía electrónica de última generación -una técnica que permite obtener imágenes de estructuras biológicas a escala casi atómica-, el equipo de investigación ha podido estudiar con un nivel de detalle sin precedentes la estructura tridimensional de dos proteínas del veneno de anémonas marinas (la Fragaceatoxina y la Esticolisina II). Lo han hecho en condiciones que imitan el entorno natural de estas proteínas, insertándolas en membranas artificiales que reproducen la composición de las membranas celulares (bicapas lipídicas).

Durante la investigación, el equipo ha logrado capturar imágenes de estados intermedios en el proceso de formación de los poros que acaban destruyendo la célula, lo que permite reconstruir su mecanismo paso a paso. Se han observado estructuras en forma de arco compuestas por unidades de proteínas que se ensamblan de manera secuencial. Estas “instantáneas” permiten observar paso a paso cómo se ensamblan las toxinas para formar el poro completo. “Estos hallazgos directos apoyan un mecanismo escalonado: cada fragmento se une de forma secuencial a la membrana, cambia de forma y se incorpora al complejo final para formar el poro que perfora la célula”, resume Rocío Arranz, investigadora del CNB-CSIC.

Del mar a la clínica

Más allá de su función en la defensa y depredación de las anémonas, estas toxinas presentan una notable similitud estructural con proteínas humanas implicadas en procesos esenciales como la respuesta inmunitaria y la muerte celular programada, esta conexión ha despertado un creciente interés en sus posibles aplicaciones biomédicas.

“Los poros proteicos, como los que forman las dos proteínas utilizadas en este estudio (Fragaceatoxina y la Esticolisina II), son herramientas clave en biotecnología y se emplean en técnicas de secuenciación genética, en sistemas de liberación controlada de fármacos y en el desarrollo de vacunas y terapias génicas”, explica Sara García-Linares, profesora de la UCM y colíder del estudio. Comprender cómo se ensamblan y funcionan estas estructuras abre nuevas vías para la innovación clínica.

Las proteínas formadoras de poros como las actinoporinas están despertando un creciente interés clínico y tecnológico. Aalgunos estudios ya han explorado inmunotoxinas que combinan estas proteínas con anticuerpos para atacar de forma selectiva a las células tumorales. También se están desarrollando biosensores basados en poros proteicos, capaces de detectar o filtrar moléculas con gran precisión. Como destaca el equipo investigador, estos avances no solo permiten comprender mejor la biología de estas proteínas, sino que abren nuevas vías para “convertir venenos en tratamientos” en el futuro, aprovechando su capacidad para destruir células de forma controlada y dirigida.

Fuente: saludadiario.es