Lunes en la Ciencia, 20 de agosto del 2001



 

Las corrientes eléctricas en el hombre: señales de vida y de muerte

Biovoltajes y enfermedades humanas

Arturo Picones

Un hecho fundamental, común a todas las células de cualquier organismo biológico, desde los más rudimentarios seres unicelulares hasta aquellas células constituyentes de los complejos sistemas y tejidos que conforman algún mamífero (usted mismo, por ejemplo), presentan una polaridad eléctrica definida. Esto es, existe una diferencia de voltaje eléctrico entre el interior citoplasmático y el medio extracelular que las rodea. Tal voltaje se desarrolla a través de la membrana plasmática y no es sino un aspecto particular de la profunda diferenciación energética que precisamente define a los sistemas vivientes.

La generación de biovoltajes de membrana se debe a dos hechos esenciales: 1) la distribución asimétrica de sustancias solubles con carga eléctrica (se les denomina iones) y 2) la membrana celular es selectivamente permeable a ellos. Esta propiedad membranal de permeabilidad selectiva aparece por la presencia de ciertas proteínas específicas, embebidas en la membrana, formadoras de poros submicroscópicos. Tales moléculas proteicas reciben el nombre genérico de canales iónicos y son capaces de generar pequeñísimas corrientes eléctricas entre el exterior y el interior celulares al permitir el paso difusional de iones a través de ellos.

Características de las proteínas-canal

A lo largo de más de 50 años de su estudio, se ha podido caracterizar, a nivel biofísico y bioquímico, tanto funcional como estructuralmente, a una gran diversidad de estas proteínas-canales. Actualmente se conoce con enorme exactitud la estructura molecular básica primaria de un creciente número de ellas y en el caso de muchas se han identificado, mediante técnicas de clonación molecular recombinante, a los genes que codifican su expresión funcional. Durante los últimos años se ha podido correlacionar, de manera directa, a la etiología de un puñado de padecimientos humanos con el funcionamiento anómalo, o la ausencia del funcionamiento, de canales iónicos específicos. La más notoria de estas correlaciones se ha dado con el canal denominado Regulador Trasmembranal de la Fibrocis Quística (CFTR, por sus siglas en inglés). Este canal es responsable de las corrientes trasportadoras de iones cloro en tejidos epiteliales, en especial aquellos que recubren las vías respiratorias. Este transporte de cloro es crucial para el manejo adecuado del mucus que recubre las paredes interiores de bronquios y bronquiolos pulmonares. Cuando el CFTR no efectúa su trabajo adecuadamente, cesan las tan necesarias corrientes de cloro, el epitelio deja de funcionar, acumulándose el mucus, lo que obstruye la vías respiratorias, favorece las infecciones bacterianas y finalmente lleva a la destrucción del tejido pulmonar. Como es de esperarse, la gravedad de este defecto molecular, que es la enfermedad hereditaria más común en seres humanos de origen caucásico, resulta fatal durante los primeros años de vida de la mayoría de los niños que nacen con este padecimiento. Se han logrado grandes avances en el estudio de las mutaciones genéticas responsables del funcionamiento irregular de este canal y ya se han podido desarrollar opciones de terapia genética en animales transgénicos experimentales.

Acercándonos ahora a ese gran atractor de estudios científicos, el sistema nervioso humano, la primera asociación entre neuropatologías y mutaciones de canales biológicos se encontró hace diez años y a la fecha se tiene conocimiento de más de 20 desórdenes nerviosos y musculares (el músculo cardiaco incluido), asociados a mutaciones genéticas causantes de canales iónicos disfuncionales. Ejemplos sobresalientes de esa lista son: la migraña hemipléjica, la ataxia episódica, la paramiotonía congénita y la fibrilación idiopática ventricular, entre otros.

Otro ejemplo, por demás relevante entre las enfermedades degenerativas del cerebro humano, de crítico interés social y, ciertamente, en relación directa a mi propio trabajo experimental es la enfermedad de Alzheimer. Este padecimiento es una forma de demencia senil que invariablemente lleva a la pérdida completa de todas las habilidades cognositivas y a la muerte prematura de los que la sufren. En su modalidad hereditaria familiar, este proceso neurodegenerativo se debe esencialmente a la muerte de células de la corteza cerebral. En este caso, la muerte neuronal es provocada principalmente por plaquetas formadas por depósitos extracelulares de fragmentos de proteínas (polipéptidos) llamados b-amiloides. A raíz de una serie de estudios, iniciados desde 1993, un grupo de científicos del Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos, encabezados por el chileno Eduardo Rojas, postularon la hipótesis iónica de la neurotoxicidad en la enfermedad de Alzheimer, al descubrir que esos polipéptidos son capaces de introducirse en membranas biológicas y formar canales permeables a iones de calcio. La entrada masiva de este ión sería responsable de la consecuente muerte neuronal. Esta hipótesis no es la única posible para explicar el mecanismo molecular causante de este largo proceso neurodegenerativo, tan devastador en las personas afectadas, pero ciertamente resulta una propuesta sucintamente sencilla y entonces altamente atractiva en la búsqueda de la causa del mal de Alzheimer (en ciencia, siempre ha sido decisivamente clave la fascinación que ofrecen las explicaciones sencillas y elegantes).

Investigaciones de moléculas

Los canales iónicos, notablemente aquellos que se encuentran en las células nerviosas, se han convertido en blanco favorito en la búsqueda de agentes químicos, naturales o sintéticos, que los reconozcan y modifiquen su funcionamiento. Actualmente la industria farmacológica internacional destina grandes sumas de dinero para el descubrimiento o el diseño de nuevas drogas con efectos específicos sobre esas moléculas conductoras de corrientes eléctricas. De esta manera, se está dotando con nuevas y más poderosas armas a la medicina moderna para el ataque de muchas y muy diversas enfermedades en cuyo origen o desarrollo pueda encontrarse involucrado algún tipo de canal iónico. La medicina de punta es un ejemplo excelente en donde la brecha que pareciera "separar" a la investigación científica básica de sus aplicaciones "útiles" concretas se va estrechando, literalmente, día a día. Insistir en una postura contraria a ese hecho resulta ya, ciertamente, irracional.

El autor es investigador del Departamento de Fisiología de la Universidad de California, San Francisco (UCSF), EU

[email protected]


imagen picones

Mediante técnicas de registro y amplificación electrónica es posible registrar la actividad de una sola molécula formadora de un canal iónico proveniente del cerebro. Las señales en la parte inferior corresponden a la corriente eléctrica (de aprox. 3 x10-12 Amperios) durante la apertura y el cierre de un canal cuyo gene, después de clonado y transcrito, se ha insertado y expresado en una célula-huevo de rana. Esta metodología fue desarrollada originalmente por el científico mexicano Ricardo Miledi en el University College de Londres a mediados de los años 80. La barra horizontal representa medio segundo de duración.


Feggo biovoltaje


Inicio