Los nanotúbulos son el secreto mejor guardado de la célula: así se mueven, organizan y comunican a nivel celular

Microtubulos

Fueron descubiertos por casualidad y durante años han sido ignorados por los médicos y biólogos especialistas en el cáncer y otras enfermedades. Sin embargo, poco a poco, el estudio de los nanotúbulos de membrana, unas extrañas y delicadas estructuras de las células, está mostrándonos que existen otras vías para enfrentarse a las enfermedades. Y al mismo tiempo, estamos aprendiendo algunos de los secretos mejor guardados de la unidad básica que compone a los seres vivos.

"Un feliz accidente"

Rondábamos el principio del milenio cuando Amin Rustom, por entonces investigador en la Universidad de Heidelberg, se topó con una cosa rarísima. Normalmente, cuando quieres "mirar" a las células, o alguna de sus estructuras, necesitas ponerles tintes especiales. Esto es así porque las células son tan pequeñas y efímeras que es muy difícil (si no imposible) verlas a ojo desnudo, con un simple microscopio.

El investigador no lavó bien las muestras y se topó con algo inesperado

Cuando queremos ver cosas concretas, como estructuras o una proteína en especial, es indispensable usar una técnica específica con varios tintes y lavados, en un orden concreto, como si fuera una fórmula alquímica, para poder ver lo que queremos. Sin embargo, Rustom se saltó algunos pasos del nuevo protocolo de tinte fluorescente que se estaba utilizando: no lavó adecuadamente la placa petri donde sus células animales se encontraban.

De pronto, se topó con una estructura rarísima: una especie de agujas que salían de una célula a otra, conectándolas. Eran tan tenues que no podía creer que estuvieran allí. Y sin embargo, como comprobaron después, estaban. Acababan de toparse con un nuevo sistema de comunicación celular, como sabrían después, cuando publicaron sus resultados en 2004.

Aunque la primera referencia a este sistema, en realidad, se la debemos a Ramírez-Weber, quien propuso el nombre de cytonemes para estas estructuras. En 1999, su grupo de investigación dio con estas estructuras en la mosca de la fruta, la famosa Drosophila melanogaster. Sin embargo, a pesar del tiempo que llevan descritos, los descubrimientos más importantes sobre los conocidos como túneles de nanotubos (o TNT por sus siglas en inglés), son mucho más recientes.

Ahora sabemos que estos nanotúbulos, llamados así porque su diámetro es de apenas nanómetros, constituyen un canal por el que la célula puede intercambiar moléculas y señales varias. Pero por aquel entonces el escepticismo era máximo porque nadie esperaba encontrar estos pequeños canales. Y no solo porque sean extremadamente difíciles de ver, sino porque no siempre están ahí.

No es lo mismo un microtúbulo que un nanotúbulo de membrana

Es importante diferenciar y no confundir los microtúbulos con los nanotúbulos de los que hablamos. Los primeros son estructuras celulares bastante más estudiadas, formadas por moléculas de tubulina y más grandes que los segundos. Mientras que los microtúbulos se originan en el Centro organizador de microtúbulos y se extienden a lo largo de todo el citoplasma, los nanotúbulos aparecen y desaparecen por mecanismos que desconocemos.

Por otro lado, los microtúbulos son grandes protagonistas en diversos procesos celulares como el desplazamiento de vesículas de secreción, el movimiento de orgánulos, el transporte intracelular de sustancias, o la división celular. Además, también forman el citoesqueleto y la estructura interna de los cilios y los flagelos.

Esto son microtúbulos, más fáciles de ver en microscopía que los nanotúbulos, pero igual de fundamentales.

Los nanotúbulos, sin embargo, también parecen formar parte de algunas de estas funciones pero, a diferencia de los microtúbulos (cuyo nombre parecido puede inducir a error), los nanotúbulos de membrana se forman, como explicábamos, mediante un conjunto de actina y restos de membrana. Y lo hacen principalmente para realizar funciones de relación con otras células.

A diferencia de los microtúbulos, los nanotúbulos son muy poco conocidos y sus mecanismos y funciones están todavía en el objetivo de muchas investigaciones novedosas. Pero cada vez está más claro que ambos son parte de un mecanismo complejo de interacción, estructura y comunicación de la célula y, probablemente, esta no pueda funcionar correctamente sin alguno de los túbulos.

La comunicación lo es todo, también para la célula

Cuando se estudia comunicación intercelular en biología (es decir, cómo se comunican las células entre sí), se habla de diversos mecanismos y, sobre todo, diferentes alcances: sistema endocrino (a larga distancia), paracrina (a las células cercanas) o autocrinas (dentro de la propia célula). Todo esto sin tener en cuenta las señales nerviosas, que también actúan a grandes distancias.

Las células no tienen boca ni ojos. Para poder comunicarse utilizan señales donde las moléculas son los mensajeros. Esto siempre ha fascinado a los biólogos celulares: ¿cómo lo hacen? Es decir, ¿cómo son tan precisas, rápidas y eficientes? Porque a veces, grosso modo parece que la célula se limita a "arrojar" al medio una molécula que otras recibirán casi por casualidad.

Pero, como podemos imaginar, esto no es así; las células forman un conjunto que funciona a la perfección, como un reloj lleno de diminutos engranajes que giran exactos con un mismo objetivo. Dicha coordinación es esencial, puesto que el trabajo de las células, diminutos organismos individuales, es formar un todo: agregados, tejidos, órganos, un cuerpo y, finalmente, un ser vivo completo. La comunicación celular lo es todo para que todo organismo viviente pueda convertirse en lo que es.

Al tratar de explicar una relación tan compleja, llegamos a la conclusión de que nos falta información. Eso sí, cada vez vamos aprendiendo un poco más y entendiendo mejor su funcionamiento gracias a nuevos descubrimientos. El de los nanotúbulos es uno de los más recientes y, por eso, todavía muy poco entendido.

Mientras que Ramírez-Weber descubrió su existencia, el equipo de Rustom describió a estos nanotúbulos y su papel en la organización celular

Mientras que Ramírez-Weber descubrió su existencia, el equipo al que pertenecía Rustom describió a estos nanotúbulos y su papel protagonista a la hora de colocar los orgánulos en su sitio dentro de la célula. Estos canales están formados a base de actina, una proteína fundamental para la estructura de la célula, y restos de membrana. También se percataron de que, a diferencia de otras estructuras filamentosas parecidas, estos estaba huecos y tenían una abertura, algo básico si quieres usarlos como un canal.

Pero ese es solo el comienzo. Más recientemente los científicos han descubierto que, además estos nanotúbulos de membrana sirven para transportar vesículas cargadas con sustancias o, incluso, proteínas. Este mecanismo supone otra pieza más de la comunicación celular. Una pequeña respuesta que nos ayudará a entender mejor cómo hablan las células entre sí.

El mensaje de una célula

¿Qué le cuenta una célula a otra? Como decíamos, la comunicación celular se produce a muchos niveles, según la lejanía, o el contacto que tengan entre sí. En el más cercano, entre vecinas, los nanotúbulos jugarían un papel esencial transmitiendo mensajes. Estos mensajes, según han observado investigadores como Emil Lou, un prestigioso oncólogo de la Universidad de Minnesota, pueden contener todo tipo de moléculas como ARN, hormonas u otros marcadores químicos.

Los nanotúbulos de membrana funcionan como auténticos puentes aéreos, conectando a las células entre sí en este intercambio. Pero aquí viene otro misterio más: ¿cómo sabe la célula cuándo ha de formarlos? ¿Y qué ha de transportar? Resulta que estas estructuras no siempre se forman.

Aquí se muestran dos nanotúbulos observados bajo fluorescencia y bajo microscopía electrónica

De hecho, es muy difícil encontrarlas en células adultas normales. Y es que este medio de comunicación no se da en "células sanas" y normales. Al menos no de forma convencional. Sin embargo, sí que los encontramos en células dedicadas a las defensas inmunitarias, pero también entre células enfermas.

Efectivamente, se ha observado cómo a través de estos nanotubos de membrana se transportan no solo señales moleculares, sino también virus y toxinas patógenas, permitiendo la expansión de una infección o un daño celular. Pero la cosa aún se pone más interesante si hablamos de cáncer.

Los nanotúbulos podrían ayudar al cáncer a resistir

Según leíamos en recientes artículos, resulta que las células también transportan en estos nanotúbulos ARN mensajeros, o ARNm. Y esto es importantísimo porque estas moléculas son, como indica su nombre, los enviados finales en una señal celular. Su presencia se traduce, literalmente, en una acción. Un ARNm tiene la capacidad de poner a la célula a producir una molécula o pararla; pueden, incluso, activar o inhibir una expresión genética.

El ARNm es, insistimos, el mensajero final. Aquí llega otra vuelta increíble de hoja: la presencia de estos nanotúbulos está asociada a la resistencia a la quimioterapia. La quimioterapia junto con la radioterapia es como se conoce a una serie de tratamientos cuyo fin es atacar específicamente a las células cancerosas. Puesto que estas células son parte de nuestro cuerpo, por desgracia, es muy complejo matarlas sin causarnos un gran daño.

Varios macrófagos matando una célula tumoral.

Pero un descubrimiento, realizado por un neurologo y oncólogo de la Universidad de Heidelberg llamado Frank Wrinkler, puso de manifiesto que las células cancerosas del tejido cerebral eran capaces de conectarse entre sí y, entonces, volverse resistentes al tratamiento. Por el contrario, las células separadas morían, como estaba previsto. ¿Por qué? Lo cierto es que todavía no lo sabemos.

Una hipótesis que barajan estos investigadores es que, como ocurre con el ARNm, las células son capaces de mandar señales que regulen la sensibilidad a estos tratamientos. Pero lo más preocupante es que esta vía de comunicación se abre no solo entre células tumorales, sino que puede realizarse entre células enfermas y células normales, por lo que no sabemos qué factor juega quién, ni en qué, por el momento.

Una potencial vía terapéutica

Como decíamos, hay mucho que desconocemos, pero esto es un cuchillo de doble filo. Y es que, explican los investigadores, los nanotubos de membrana abren una puerta terapéutica totalmente nueva. Cuando los investigadores combaten una enfermedad, normalmente buscan dianas terapéuticas en la propia célula y sus genes.

Sin embargo, esta nueva vía comunicativa podría ser una herramienta muy poderosa. Así lo ha comprobado Emil Lou, quien demostró que se podía usar estos TNT para extender un virus "curativo" para combatir el melanoma. Dicho virus, denominado oncolítico por atacar a las células tumorales, fue aprobado en 2016 para su uso contra el melanoma.

Gracias a los nanotúbulos, este virus se expande más eficientemente entre las células tumorales, ayudando a controlar y eliminar el melanoma

Gracias a los nanotúbulos, este virus se expande más eficientemente entre las células tumorales, ayudando a controlar y eliminar el melanoma. Otra forma de emplear este sistema es inhibiéndolo. Según algunos estudios recientes, como explicábamos, hay virus que aprovechan este sistema de nanotúbulos para expandirse.

Esto ocurre, por ejemplo, con el VIH, el virus causante del sida. Controlando estos nanotúbulos podríamos controlar la expansión del virus. Y estas son solo algunas propuestas. Porque la realidad es que no sabemos casi nada, todavía, de los mecanismos y el alcance de esta vía de señalización celular.

¿Cómo de importante es? ¿Cuándo se emplea? ¿Son los microtúbulos de membrana los responsables de algunas de las enfermedades para las que todavía no tenemos explicación? Las preguntas son cada vez más en número y en complejidad. Pero también lo son las respuestas. Porque estudiar la comunicación, especialmente la celular, nunca fue fácil. Pero desvelar sus secretos es esencial para entender cómo funcionan nuestras células.

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