La historia de la muerte celular programada se remonta a hace 1.800 millones de años

gracias. Escuche este artículo usando el reproductor de arriba. ✖

La muerte celular programada, a menudo denominada apoptosis, es un proceso fundamental y crítico para el crecimiento y desarrollo de organismos multicelulares. Este proceso, o una forma primitiva del mismo, también se observa en eucariotas unicelulares como la levadura y otros eucariotas microscópicos (también conocidos como protistas). El origen de la apoptosis eucariota sigue siendo una cuestión abierta en biología. Sin embargo, los estudios han señalado que muchos factores inductores de la apoptosis tienen origen bacteriano o mitocondrial, lo que proporciona evidencia de la historia evolutiva de este fenómeno generalizado. en Un nuevo estudio publicado en Biología y evolución del genoma.Científicos del Instituto de Bioquímica y Biofísica de la Academia de Ciencias de Polonia han revelado que muchos factores apoptóticos pueden tener su origen en la época de la domesticación mitocondrial, lo que sugiere una notable conservación a lo largo de 1.800 millones de años.Kaushal et al. 2023).

Los procesos que conducen a la muerte celular programada muestran sorprendentes similitudes entre muchos eucariotas diversos: un aumento en la permeabilidad de la membrana mitocondrial desencadena una cascada de eventos que involucran proteínas llamadas factores apoptóticos (AIF), iniciando una vía que culmina en la muerte celular. Según los análisis filogenéticos, estos AIF suelen tener un origen bacteriano/mitocondrial. Para arrojar más luz sobre la evolución de la apoptosis en eucariotas, un equipo dirigido por Simon Kazanowski y Ursula Zelenkiewicz investigó la conservación funcional de factores apoptóticos mediante un ensayo de complementación de levaduras. Los investigadores reemplazaron cada uno de los cuatro genes de apoptosis de la levadura con proteínas relacionadas de varios eucariotas y procariotas. Luego trataron las nuevas cepas de levadura con agentes inductores de apoptosis para evaluar si los genes introducidos mantenían la capacidad de inducir apoptosis en la levadura.

Sorprendentemente, el estudio encontró que proteínas lejanamente relacionadas de plantas, animales, mohos mucilaginosos y bacterias eran en gran medida capaces de reemplazar funcionalmente a las proteínas de levadura nativas. «Este sorprendente descubrimiento sugiere que los antiguos mecanismos de muerte celular se han conservado evolutivamente desde la domesticación de las mitocondrias», un evento que ocurrió hace unos 1.800 millones de años, dicen Kazanowski y Zelenkiewicz.

Los resultados del estudio también apoyan un origen endosimbiótico de la apoptosis, una hipótesis propuesta por primera vez por Guido Cromer en 1997 (Cromer 1997). Cromer propuso que los precursores mitocondriales bacterianos producían tanto toxinas (factores apoptóticos) como antitoxinas (factores antiapoptóticos). En este escenario, las antitoxinas sirvieron como “moléculas de adicción”, asegurando la persistencia del simbionte. Impulsadas por este conflicto evolutivo entre endosimbiontes bacterianos y huéspedes, las toxinas eventualmente evolucionaron hasta convertirse en los factores apoptóticos que conocemos hoy.

Kazanowski y Zelenkiewicz presentan un escenario alternativo para el desarrollo de la apoptosis. Sugieren que los primeros procariotas eran depredadores y dependían de presas bacterianas. En respuesta a la depredación, estas bacterias producen toxinas como mecanismo de defensa. Con el tiempo, estas bacterias fueron domesticadas para servir como mitocondrias dentro de las células eucariotas y sus toxinas evolucionaron hasta convertirse en factores apoptóticos. Las diferentes familias de AIF que existen hoy en día y su distribución irregular entre eucariotas emparentados lejanamente sugieren la presencia de múltiples toxinas redundantes en las protomitocondrias e insinúan una carrera armamentista coevolutiva entre las protomitocondrias y sus huéspedes procarióticos.

Independientemente de si la apoptosis surge de un sistema endosimbiótico/antitoxina o de una dinámica depredador/presa, los resultados del estudio sugieren que el complejo equilibrio entre la vida y la muerte dentro de las células eucariotas tiene raíces profundas en el origen mitocondrial, lo que abre nuevas vías para la investigación. En la coevolución de mitocondrias y eucariotas, así como en los orígenes antiguos de los mecanismos de muerte celular. Además, se podría utilizar un enfoque similar para observar otros mecanismos celulares antiguos más allá de la apoptosis y preguntar en qué medida los conflictos entre parejas/participantes condujeron a la evolución de rasgos genómicos. «Los estudios futuros pueden revelar la historia evolutiva de otros mecanismos de envejecimiento y podrían hacer una contribución significativa a los estudios sobre el envejecimiento», señalan Kaczanoski y Zelenkiewicz, enfatizando las implicaciones más amplias de su investigación.

referencia: Kaushal V, Klemm J, Skonichna A, et al. Los factores apoptóticos se conservan evolutivamente desde la domesticación de las mitocondrias. Hurst L, ed. Genoma Biol Evol. 2023;15(10):FIDA154. doi: 10.1093/GB/evad154

Este artículo se ha vuelto a publicar desde abajo. Material. Nota: Es posible que el material haya sido editado en cuanto a extensión y contenido. Para obtener más información, póngase en contacto con la fuente antes mencionada.