La Asamblea Nobel en el Instituto Karolinska hoy ha decidido otorgar el Premio Nobel 1999 de Fisiología o Medicina a Günter Blobel por el descubrimiento: "las proteínas tienen señales intrínsecas que regulan su transporte y localización en la célula".

En el interior de las células se forma gran número de proteínas que constantemente llevan a cabo funciones esenciales. Estas proteínas tienen que ser transportadas o bien fuera de las células, o a compartimientos diferentes (orgánulos) dentro de las células. ¿Cómo se transportan estas nuevas proteínas por la membrana que rodean a los orgánulos, y cómo se dirigen a su situación correcta?.

Estas preguntas han sido contestadas a través del trabajo del premio Nóbel de este año en Fisiología o Medicina, Dr. Günter Blobel, biólogo celular y molecular de la Universidad Rockefeller en Nueva York. Ya al principio de los años setenta, descubrió que las proteínas recién sintetizadas están dotadas de una señal intrínseca que es esencial para dirigirlas a y por la membrana del retículo endoplásmico, uno de los orgánulos de la célula. Durante los próximos veinte años, Blobel elucidó los detalles de los mecanismos moleculares subyacentes bajo estos procesos. También demostró que una señal similar a "etiquetas de dirección", o "códigos", dirige a las proteínas hacia otros orgánulos intracelulares.

Los principios descubiertos y descritos por Günter Blobel han resultado ser generales, operando de la misma forma en las células de levadura, plantas, y animales. Varias enfermedades hereditarias humanas son causadas por errores en estas señales y en los mecanismos de transporte. La investigación de Blobel, también, ha contribuido al desarrollo de una utilización más eficaz de las células como "fábricas de proteína" para la producción de medicamentos importantes.

Varias funciones importantes: Un ser humano adulto se compone de aproximadamente 100.000 mil millones de células. Una célula contiene muchos compartimentos diferentes, orgánulos, cada uno está rodeado por una membrana. Los orgánulos están especializados para llevar a cabo tareas distintas. El núcleo celular, por ejemplo, contiene el material genético (ADN) y, así, regula todas las funciones celulares. Las mitocondrias son las "centrales energéticas" que producen la energía necesaria para las células, y el retículo endoplásmico es, junto con los ribosomas, responsable de sintetizar las proteínas.

Cada célula contiene aproximadamente un billón de proteínas moleculares. Las diferentes proteínas tienen gran número de funciones importantes. Algunas constituyen los bloques de construcción de la célula, mientras otras funcionan como enzimas y catalizan miles de reacciones químicas específicas. Dentro de las células, constantemente, las proteínas se degradan y resintetizan. El número de aminoácidos (bloques que constituyen todas las proteínas) puede ser en una sola proteína de 50 a varios miles aproximadamente, formado largas cadenas plegadas.

¿Cómo cruzan las barreras las proteínas?: Durante mucho tiempo fue un enigma la forma en que las grandes proteínas podían cruzar las herméticas barreras que constituyen las membranas lípidas que rodean a los orgánulos. Hace algunas décadas, era desconocido cómo las proteínas recién formadas se dirigían a su situación correcta en la célula.

Günter Blobel iba a resolver ambos enigmas. Al final de los años sesenta, se introdujo en el famoso laboratorio de biología celular de George Palade en el Instituto Rockefeller de Nueva York. Aquí, durante dos décadas, los científicos habían estudiado la estructura celular y los principios del transporte de proteínas recién sintetizadas fuera de la célula. Por este trabajo ganó George Palade el Premio Nobel en Fisiología o Medicina en 1974 (qué compartió con los científicos Belgas Alberto Claude y Christian de Duve).

"La hipótesis de las señales": La investigación de Günter Blobel se convirtió en tradición en el laboratorio Palade. En particular, Blobel estudió cómo una proteína recién sintetizada, destinada a salir fuera de la célula, es guiada a un sistema de membranas intracelulares especializadas, retículo endoplásmico. En 1971, formuló una primera versión de la "hipótesis de las señales". Postuló que las proteínas que han de abandonar la célula contienen una señal intrínseca que las guía por las membranas.

Basado en refinados experimentos bioquímicos, Blobel describió en 1975 varios pasos en estos procesos. La señal consiste en un péptido, es decir una secuencia de aminoácidos en un orden particular que forma una parte de la proteína. También sugirió que las proteínas cruzan la membrana del retículo endoplásmico a través de un canal (Fig. 1). Durante los siguientes veinte años, Blobel y sus colaboradores, caracterizaron paso a paso los detalles moleculares de estos procesos. Poco a poco, se ha demostrado así que la hipótesis de la señal era correcta y general, puesto que los procesos operan de la misma manera en células de levadura, plantas, y animales.

"Etiquetas de dirección" para la localización de los orgánulos: En colaboración con otros grupos de investigación, Günter Blobel, pronto, pudo establecer que señales intrínsecas similares guían el transporte de proteínas hacia otros orgánulos intracelulares. En base a sus resultados, Günter Blobel formuló en 1980 principios generales para la clasificación y transporte de proteínas a los compartimentos particulares de las células. Cada proteína lleva en su estructura la información necesaria para especificar su situación apropiada en la célula. Las secuencias específicas de aminoácidos (señal topogénica) determina si una proteína atravesará una membrana en un orgánulo particular, se integrará en la membrana, o será exportada fuera de la célula.

Ahora, ha sigo identificada una característica que dirige las proteínas a diferentes partes de la célula (Fig. 2), mostrando que los principios formulados por Blobel son correctos. Estas señales pueden compararse con "etiquetas de dirección" o "códigos postales" que aseguran que el equipaje llega al destino correcto. De hecho, estas secuencias de señales son una cadena de diferentes aminoácidos colocados en un extremo de la proteína, o a veces en el interior.

La importancia del descubrimiento de Blobel: El descubrimiento de Günter Blobel ha tenido un gran impacto en la investigación biológica celular moderna. Cuando una célula se divide, debe producir una enorme cantidad de proteínas y son formados los nuevos orgánulos. Para el funcionamiento correcto de la célula, las proteínas tienen que ser colocadas en sus situaciones apropiadas. La investigación de Blobel ha incrementado nuestra comprensión de los mecanismos moleculares que regulan substancialmente estos procesos. Además, el conocimiento sobre las señales topogénicas ha permitido mayor conocimiento de muchos procedimientos importantes en asuntos médicos. Por ejemplo, nuestro sistema inmunológico utiliza señales topogénicas en la producción de anticuerpos.

La investigación de Blobel ha ayudado a explicar los mecanismos moleculares que hay detrás de varias enfermedades genéticas. Si se alterase una señal, la proteína podría terminar en una mala situación en la célula. Un ejemplo es la enfermedad hereditaria hyperoxaluria que causa cálculos renales a una edad temprana. En algunas formas de hipercolesterolemia familiar, un nivel muy alto de colesterol en la sangre es debido a señales deficientes de transporte. Otras enfermedades hereditarias, por ejemplo la fibrosis cística, se produce por el hecho de que las proteínas no alcanzan su destino apropiado.

Aplicaciones futuras: En un futuro próximo se trazará íntegramente el genoma humano. Como resultado, se podrá deducir la estructura y las señales topogénicas de las proteínas. Este conocimiento incrementará nuestra comprensión de los procesos que conducen a la enfermedad y puede utilizarse para desarrollar nuevas estrategias terapéuticas. Actualmente, ya se producen medicamentos en forma de proteínas, por ejemplo la insulina, hormona de crecimiento, erythropoetin e interferon. Normalmente, se utilizan bacterias para la producción de medicamentos, pero en orden a ser funcionales ciertas proteínas humanas necesitan ser sintetizadas en células más complejas, como células de levadura. Con ayuda de la ingeniería genética, se proporcionarán secuencias que codifiquen señales para el transporte a los genes de las proteínas deseadas. Entonces, podrá utilizarse eficazmente las células con los genes modificados como fábricas de proteína.

El incremento del conocimiento acerca del proceso por el que las proteínas se dirigen a diferentes partes de la célula hace posible diseñar nuevos medicamentos dirigidos a un orgánulo particular para corregir un defecto específico. La capacidad de reprogramar las células de una manera precisa, también, en el futuro, será importante para la terapia génica y celular.