El descubrimiento de las funciones vitales de la célula y el crecimiento del cáncer

• Hace casi 60 años, dos científicos descubrieron cómo funcionan las hormonas
• También las funciones vitales de la célula y cómo se extiende el cáncer
• 50 años más tarde obtuvieron el Premio Nobel de Fisiología por su hallazgo
• Edmond Fischer nos cuenta un proceso omnipresente en el mundo vivo
• Redes se emite el domingo, 17 de junio, a las 21.30 horas, en La 2 de TVE

Redes - Los semáforos de la célula

Ciencia para todos

Eduard Punset y su equipo han logrado demostrar que ciencia y entretenimiento se pueden unir para que en este tercer milenio la ciencia, por fin, irrumpa en la cultura popular.

El programa Redes se emite en La 2, todos los domingos, a las 21:30 horas; y se repite los domingos, a las 3:15 horas.

Y en el Canal 24 horas, según el siguiente horario:

• Los jueves, a las 15:00 horas
• Los viernes, a las 21:00 horas
• Los sábados, a las 10:30 horas

Hace casi 60 años, dos investigadores en bioquímica con sus respectivos equipos descubrieron el mecanismo clave que explica cómo funcionan las hormonas; cómo crece, se diferencia y muere una célula; cómo se extiende el cáncer, y muchas otras funciones vitales.50 años más tarde obtuvieron el Premio Nobel de Fisiología por su hallazgo.

En Redes contamos con Edmond Fischer, uno de los dos premiados, que nos cuenta los detalles de un proceso que brilla por su simplicidad y por su omnipresencia en el mundo vivo.

Si la fosforilación falla,

el 99,99% de las veces se desencadena una enfermedad.

Edmond Fischer

La fosforilación, esencial para la vida

Eduard Punset:

Te concedieron el premio Nobel por muchas cosas, pero si por algo se te recordará siempre es porque descubriste que hay unas enzimas especiales que regulan el funcionamiento de las proteínas porque les añaden fosfatos. Llamáis a este proceso fosforilación.

“Es esencial para la regulación de los procesos celulares“

Edmond Fischer:

Sí. De hecho, es un proceso en dos direcciones, porque se añade un grupo fosfato pero también se quita. Así que es reversible; es una reacción realmente simple.

Eduard Punset:

Bueno… ¡A mí me costó siglos entenderlo!

Edmond Fischer:

Según los estándares actuales, se trata de una reacción totalmente común y trivial. Nadie le habría prestado demasiada atención si no fuera porque resultó ser crucial para la regulación de los procesos celulares. Es esencial.

Eduard Punset:

Así que ahora sabemos que, si este proceso no funciona bien, sucederá algo malo.

Edmond Fischer:

¡Muchas cosas malas pasarán o pueden pasar si no funciona, sin duda!

Eduard Punset:

¿Por qué no le explicamos a los teleespectadores en qué consiste este proceso?

“el mejor símil que se me ocurre (aunque esté terriblemente simplificado) es el de un semáforo en un cruce“

Edmond Fischer:

De acuerdo. El proceso es muy simple. Hemos descubierto que muchas proteínas pueden existir en dos formas, en dos estados: en primer lugar, el inactivo, y luego pueden pasar al estado activo mediante la adición de grupos fosfatos.

La reacción se denomina reacción de fosforilación. Y el mejor símil que se me ocurre (aunque esté terriblemente simplificado) es el de un semáforo en un cruce.

El semáforo está ahí, y básicamente puede existir de dos formas: en verde, que significa que la carretera está abierta y los coches pueden circular, o bien en rojo, cuando el tráfico se detiene, ningún coche puede pasar, todos se paran… ¡salvo en Italia!

Eduard Punset:

Sí. Italia no sería un buen ejemplo.

Edmond Fischer:

¡Mi mujer tampoco, por desgracia! Cuando tiene prisa, no les presta demasiada atención.

Pues es lo mismo. Y estas enzimas o estas proteínas son como los semáforos: pueden existir en las dos formas.

Están fosforiladas o desfosforiladas, cambian de una forma a otra mediante este proceso, mediante la fosforilación, añadiendo un grupo fosfato o eliminándolo.

Un proceso muy sofisticado

Eduard Punset:

¿Tiene algo que ver con las quinasas? Me encantaría saber qué significa este concepto exactamente.

“el sistema biológico es mucho más sofisticado que un semáforo. Los sistemas biológicos pueden experimentar todos los grados de activación“

Edmond Fischer:

Muy bien. Entonces tendré que volver al principio. Las enzimas que ponen fosfato generan una reacción enzimática. Las enzimas son proteínas que catalizan, facilitan enormemente una reacción. No la crean, solamente hacen que sea mucho, mucho más fácil que tenga lugar.

Pueden acelerar su velocidad mil veces o un millón de veces… las enzimas que ponen fosfato se llaman quinasas. Las que quitan fosfato se llaman fosfatasas. Son como el ying y el yang.

Pero, por supuesto, el sistema biológico es mucho más sofisticado que un semáforo. Los sistemas biológicos pueden experimentar todos los grados de activación. Es como si tuvieras un monitor de color en el que pudieras modificar la luz que va desde el verde al rojo, pasando por todos los colores del espectro.

Eduard Punset:

¡Increíble!

Edmond Fischer:

Así que la sofisticación es enorme, pasmosa.

Modificar los genes

Eduard Punset:

Hasta tal punto que se puede alterar y modificar la expresión de los genes. ¿Es cierto?

“la transducción de señal controla todo lo que sucede en la célula“

Edmond Fischer:

¡Desde luego! Una vez se desencadena esa reacción, se inicia lo que denominamos "señalización celular" o "transducción de señal". En realidad, la transducción de señal controla todo lo que sucede en la célula.

La mejor manera de entenderlo, si quieres que te dé un ejemplo, el mejor que se me ocurre… nuevamente será rudimentario… es imaginar la célula como un televisor, ¿de acuerdo? La célula es un televisor. Hay que conectarlo en un punto (aquí es donde generamos ATP) para que funcione. El televisor funciona con electricidad; pero nuestras células funcionan con ATP, que es nuestro combustible. En segundo lugar, dentro del televisor tenemos varios centenares de elementos, ¿sabes? Resistores, transistores, etcétera.

Estos elementos se activan por señales que proceden del exterior, de la antena, del satélite, del dvd. Y, en un televisor, se captan las señales electromagnéticas mediante dos receptores que tenemos en la parte trasera. Detrás del televisor, hay dos receptores a los que se conecta el satélite, la antena…

Eduard Punset:

Lo que viene del exterior.

Edmond Fischer:

Y entonces estas señales electromagnéticas (las que recibe el televisor) activan estos elementos y dan lugar a la imagen que se ve en la pantalla. Esto es lo que denominamos señalización celular: lo que en un televisor sería captar una señal externa, convertirla mediante estos varios centenares de elementos, para finalmente lograr una respuesta en pantalla.

Y con estos pocos centenares de elementos se pueden generar, qué sé yo, tal vez unos cuantos millones de posibilidades…

Eduard Punset:

…distintas…

Edmond Fischer:

¡Sí! Esto nos permite tener variaciones de color, de sonido, de brillo, de imagen, de enfoque, etcétera. Y en esto consiste la señalización celular. Con la única diferencia de que, en el televisor, cuentas con unos pocos centenares de receptores, mientras que, en una célula biológica, ¡hay más de un millón!

Por tanto, las interacciones son del orden, qué sé yo, tal vez de diez a la trigésima potencia, ¡diez elevado a 30! ¡Un diez con treinta ceros!

Es lo que permite que el organismo biológico crezca, se diferencie, e incluso pueda dividirse en otras células, protegerse frente a la adversidad…

Eduard Punset:

Y, tras años de investigación (tu propia investigación), ¿cuál fue el descubrimiento concreto por el que te concedieron el premio Nobel?

Edmond Fischer:

No fue un descubrimiento fulminante, sino la primera reacción que observamos, pero, si me hubieras preguntado hace 55 años si sería una reacción fundamental, ¡mi respuesta habría sido que claro que no! Parecía solamente la manera en la que se puede activar o modular una enzima.

Los fisiólogos descubrieron más tarde que la contracción muscular estaba regulada por este mecanismo, y los neurólogos se percataron de que la conducción nerviosa también… y ahora sabemos que tal vez el 75% de las enzimas estén reguladas por este tipo de reacción.

De hecho, sería muy difícil encontrar un proceso fisiológico que no esté directa o indirectamente influido por una reacción de fosforilación.

Eduard Punset:

Si me imagino, por ejemplo, a un amigo al que le encanta el paracaidismo, y me lo imagino saltando del avión, supongo que tiene el cuerpo lleno de adrenalina, ¿no?

Edmond Fischer:

¡Eso creo, sí!

Eduard Punset:

Yo también…

Edmond Fischer:

¡A mí me pasaría!

Eduard Punset:

¡Exacto! Y esta adrenalina va a sus receptores. ¿Qué pasará entonces?

Edmond Fischer:

Sabemos que la adrenalina se libera en un animal (como un hombre o una mujer) como una señal de advertencia que lo prepara. O luchas o sales corriendo. Cuando una persona se encuentra ante una situación de emergencia, inmediatamente se emite una señal en su cerebro.

Y el cerebro le ordena a las glándulas suprarrenales que fabriquen adrenalina, que se distribuye inmediatamente a todas las células mediante la sangre.

Eduard Punset:

Mediante la sangre.

Edmond Fischer:

Sí, a todas las células del cuerpo. Y sabes perfectamente lo que sucede cuando experimentamos una subida de adrenalina: el corazón empieza enseguida a latir descontroladamente, la respiración se acelera… la tensión arterial aumenta... Pero, además de las cosas visibles, sucede algo más en todas las células de nuestro organismo: generan un compuesto llamado ATP o trifosfato de adenosina, que es el combustible que utilizan todos los organismos biológicos.

De modo que, si estás ante una situación de emergencia, se envía la orden de generar inmediatamente ATP, porque tanto si quieres luchar como si quieres huir, necesitas combustible, energía, porque estás en un apuro.

De hecho, se sabía que la adrenalina activaba la enzima en la que trabajamos nosotros: la fosforilasa. Esta enzima cataliza y da lugar al primer paso en la degradación del glucógeno del organismo. Y el glucógeno es una gran molécula que contiene cientos de miles de unidades de glucosa, tiene forma de árbol… y cataliza el primer paso en la degradación del glucógeno y marca el inicio del metabolismo de carbohidratos.

Lo primero que hace es actuar sobre el hígado para que genere glucosa en sangre… ésta es probablemente la principal función del hígado: producir glucosa en sangre.

Eduard Punset:

¿Qué sucede si hay algún desequilibrio en este proceso?

Edmond Fischer:

La mayoría de las veces (de hecho, el 99,99% de las veces), pasan cosas malas.

Eduard Punset:

Cosas malas…

Edmond Fischer:

Sí, malas. Mucho. Muchas enfermedades.

Eduard Punset:

Dame un ejemplo para ilustrarlo.

Edmond Fischer:

Bueno, enfermedades como la diabetes, o enfermedades bacterianas como el cólera, la lepra o Yersinia pestis, el bacilo que produce la peste bubónica. La peste bubónica se debe, de hecho, a que un agente infeccioso llamado Yersinia pestis le inyecta a la célula (a la célula huésped) una fosfatasa, un tipo concreto de fosfatasa.

En cuanto esta fosfatasa llega a la célula, empieza un proceso de desfosforilación que provoca un cúmulo de desfosforilaciones que aniquilan completamente el sistema inmunitario de la célula. La célula no puede luchar ni protegerse contra el organismo. Y todo se debe a una única enzima, un tipo especial de fosfatasa inyectada a la célula.

Eduard Punset:

Pero, puesto que lo sabéis, es decir, como todo esto parece tan importante y preciso, ¿podéis hacer algo sobre la diabetes o…?

Edmond Fischer:

¡Los laboratorios farmacéuticos trabajan como locos con estos problemas! El tema de las quinasas y las fosfatasas es probablemente uno de los objetivos principales de las empresas farmacéuticas y bioquímicas, especialmente porque sabemos que probablemente la mayoría de los cánceres se deban a una falta de regulación del sistema.

Eduard Punset:

De este proceso de fosforilación.

Edmond Fischer:

Exacto. Sabemos que muchos tipos de cáncer se producen porque las quinasas se quedan encalladas en la forma activa.

Edmond Fischer:

¡Y entonces la célula actúa como un coche fuera de control con el acelerador a fondo! ¡No se puede controlar!

Eduard Punset:

Y la célula cada vez va más rápido.

Edmond Fischer:

Ya no se puede controlar más la célula. O bien el acelerador se queda puesto, o bien los frenos no van (lo que llamamos supresores tumorales). Si los supresores tumorales no funcionan, nuevamente el coche queda fuera de control.

Eduard Punset:

¿Tu descubrimiento puede significar que, en el futuro, será más fácil, sin quimioterapia, desbloquearlo o bloquearlo?

Edmond Fischer:

En el futuro, la medicina será totalmente distinta a la que tenemos hoy. ¡Completamente distinta! Hoy en día ya tenemos algunos fármacos muy buenos que actúan sobre las quinasas (con las fosfatasas es más difícil).

Por ejemplo, hay un fármaco llamado Glivec que ha demostrado que es muy, muy eficaz contra ciertas formas de leucemia. Sin embargo, en el futuro, lo más importante es que sabremos la configuración genética de cada persona.

Así pues, incluso antes de iniciar cualquier tratamiento, antes de tratar nada, sabremos cuáles son los riesgos de que una persona que tiene un tumor…

Eduard Punset:

Sobreviva.

Edmond Fischer:

Sí, o bien de que el tumor crezca. Y, tras saberlo, también sabremos cosas como: «no podemos utilizar este fármaco para esta persona, ¡hay que utilizar otro!». Piensa que hay fármacos que se utilizan con todo el mundo, ¿sabes? En ciertos tipos de cáncer, hay fármacos consagrados: lo primero que se hace es administrarlos.

Pues bien, a veces funcionan muy bien, a veces no hacen nada y en otras ocasiones resultan perjudiciales. Ahora solamente podemos descubrirlo por ensayo y error: se administra el fármaco para ver si tiene éxito o, por el contrario, se producen efectos secundarios muy perjudiciales.

En el futuro, como sabremos la configuración genética de cada persona, sabremos si un fármaco concreto no funcionará en alguien y si hay que administrarle otra cosa. Así que será un sistema personalizado…

Eduard Punset:

…una medicina personalizada.

Edmond Fischer:

Sí. Cada individuo recibirá un tratamiento distinto, totalmente distinto, al de los demás. Y no solamente para la enfermedad, sino en cada fase del proceso.

Eduard Punset:

Lo que me parece una gran ventaja de lo que dices es que, realmente, si uno va al médico de aquí a diez años, el médico le dirá: «déme el dedo», le sacará una gotita de sangre y concluirá: «pues bien, usted necesita esto y aquello».

De este modo se evitarán muchos problemas de salud que tenemos ahora.

Edmond Fischer:

Sí, tienes toda la razón, salvo cuando dices que sucederá de aquí a diez años. No se puede poner un límite temporal. Puede que sean 20 años, puede que sean 50… ¡no se puede predecir el futuro!

En medicina, como sabemos las preguntas que hay que hacer, tenemos las técnicas para responderlas, pero esto nos permite ver solamente un futuro muy, muy próximo.

Es imposible que alguien te diga cómo serán las cosas o cómo será la medicina de aquí a 50 años.