La investigación de Marina Carmona Rivas sobre el envejecimiento de los óvulos ha recibido el primer premio de la Cátedra Eugin-UPF de Reproducción Humana Asistida al mejor trabajo fin de grado (TFG) en Biología Humana de la Universidad Pompeu Fabra en los campos de la reproducción asistida, biología del desarrollo y genética.

La investigación premiada profundiza en cómo los óvulos pueden mantener su integridad a lo largo de su existencia y, por el contrario, qué procesos llevan a su degradación y pérdida de su capacidad para desarrollar embriones en madres en edad reproductiva avanzada. La investigación fue realizada en el laboratorio de Elvan Böke, del Centro de Regulación Genómica de Barcelona.

Marina Carmona Rivas ha respondido a las preguntas de Diario Médico por correo electrónico, cuando su investigación todavía está pendiente de que se publique en una revista internacional especializada en el área.

Pregunta: ¿Cuáles son las conclusiones claras de su investigación?

Respuesta: Mi investigación se ha centrado en caracterizar una proteína candidata a ser la proteína estructural de un nuevo orgánulo sin membrana descubierto en oocitos de ratón en mi laboratorio, el Oocyte Biology & Cellular Dormancy Lab de Elvan Böke en el Centro de Regulación Genómica de Barcelona. Este nuevo orgánulo (no puedo decir el nombre porque el papel que está preparando mi grupo al respecto todavía no se ha publicado) agrupa diversas vesículas involucradas en la degradación proteica: endosomas, lisosomas y autofagosomas. La degradación proteica es de especial interés para mantener la homeostasis del ovocito y un control de calidad de las proteínas, para poder eliminar todas aquellas proteínas que se encuentren envejecidas o que no estén correctamente plegadas, y así poder asegurar la fertilidad, y la salud de la descendencia una vez el óvulo esté fecundado.

El hecho de que el nuevo orgánulo descubierto por mi grupo carezca de membrana hace que la proteína que ensambla este conjunto de vesículas deba tener unas características determinadas, como ser capaz de hacer separación de fases. Después de un análisis proteómico, la principal proteína candidata ha sido RUFY1, presente en los endosomas tempranos. En mi investigación, además de analizar si RUFY1 es el principal componente estructural de este nuevo orgánulo, he probado caracterizar si su sobre expresión en células somáticas es suficiente para hacer que se formen compartimentos similares, que agrupen vesículas de degradación proteica. Las principales conclusiones son que, aunque RUFY1 esté presente en este nuevo orgánulo y sea capaz de hacer separación de fase, hacen falta otras proteínas para ensamblar todas las vesículas de degradación proteica necesarias.

P.: ¿Cómo ha desarrollado esta investigación en términos de medios técnicos y humanos? ¿Cuánto tiempo ha invertido?

R.: Esta investigación la he desarrollado durante la estancia de prácticas para mi trabajo de fin de grado de Biología Humana, de enero a junio. He invertido muchas horas durante estos meses, en las cuales he disfrutado y aprendido muchísimo. He colaborado con Gabrielle Zaffagnini, investigador de mi laboratorio, quién me ha enseñado distintas técnicas de biología molecular, así como de obtención y análisis de imágenes. He realizado muchas PCR (reacción en cadena de polimerasa) , inmunofluorescencias, he trabajado con cultivos celulares… Hacer esta investigación ha requerido que aprendiera y aplicara muchas técnicas distintas que también voy a poder usar en un futuro. Ha sido un proyecto muy completo a nivel técnico, y poder seguir una investigación desde un estado más inicial hasta la obtención de resultados, con todo el aprendizaje constante que ha requerido el proceso, el ir planteando nuevas preguntas y probar distintos experimentos para poder responderlas, me ha motivado profundamente para seguir dedicándome a la investigación.

P.: ¿Cómo podemos tener óvulos jóvenes? ¿Qué determina el envejecimiento de un óvulo?

R.: Hay muchos mecanismos implicados en el mantenimiento de la homeostasis celular y que cuando fallan suponen el envejecimiento de la célula, como se expone en el artículo de revisión The Hallmarks of Aging, de Carlos López-Otín y colaboradores (Cell, 2013): la senescencia celular, disfunción mitocondrial, inestabilidad genómica… Y también la pérdida de la proteostasis, esto es, de la homeostasis proteica.

Todos estos mecanismos también están implicados en el envejecimiento del óvulo. Sin embargo, todavía no se sabe si los defectos de los óvulos relacionados con la edad ya están presentes en los ovocitos primordiales o si se adquieren durante su maduración, y es un campo de estudio en el cual se está trabajando en mi laboratorio. También hay que tener en cuenta que los óvulos deben poder mantenerse durante décadas antes de poder ser utilizados para dar lugar a un nuevo organismo: por ello, disponen de toda una serie de mecanismos que aseguren su mantenimiento durante toda su larga vida, y de los cuales queda mucho por investigar. Por ejemplo, los óvulos no heredan el estado de envejecimiento materno, y es por ello que es importante estudiar cómo mantienen la proteostasis

P.: Con la congelación del óvulo, una técnica empleada para preservar la fertilidad, ¿se interrumpe totalmente su envejecimiento?

R.: Sí, y es por ello que ha resultado ser una de las nuevas tecnologías reproductivas más usadas. Hay muchas personas que quieren ser madre en otro momento de la vida que no cuando los óvulos están más jóvenes, y la congelación de óvulos les permite conservarlos para utilizarlos más tarde. Una particularidad de los óvulos es que los óvulos inmaduros, de forma natural, se encuentran en un estado durmiente hasta que se activan para ser fecundados, para poder mantener su longevidad durante todos los años de vida reproductiva: en mi grupo se investigan los mecanismos que lo permiten.

P.: ¿Se pueden dar unos óvulos envejecidos en una mujer joven y viceversa?

R.: Puede darse que haya alteraciones que den lugar a óvulos envejecidos en una mujer joven, por ejemplo, en el early ovarian ageing (EOA), que afecta alrededor de un 10 % de las mujeres, y que hace que mujeres jóvenes presenten una reserva ovárica reducida. En una mujer más mayor puede darse que todavía se mantenga algún óvulo más joven, pero mayoritariamente los óvulos acaban envejeciendo sobre todo a partir de los 40 años.

P.: ¿Un óvulo envejecido tiene menos posibilidad de desarrollar un embrión?

R.: Exacto. Debido a daños en el ADN. Por ello es importante investigar los mecanismos celulares de los óvulos, para entender cómo mantienen la fertilidad durante tantas décadas, y a la vez por qué envejecen.

P.: ¿Cuáles pueden ser las aplicaciones futuras de su trabajo?

R.: Mi trabajo de momento solo se ha centrado en óvulos de ratón. Sin embargo, puede abrir la puerta a más investigaciones sobre la importancia del control de la calidad de las proteínas y del mantenimiento de la proteostasis en los óvulos, lo que puede servir para comprender más su envejecimiento, y también posibles técnicas de reproducción asistida que puedan servir para tratar la infertilidad.

P.: ¿Qué le hizo interesarse por este campo de investigación? 

R.: Me decanté por hacer esta investigación en el grupo de Elvan porque la biología de los óvulos me parece fascinante, son células muy especiales porque a partir de ellas se desarrolla todo el organismo, y aún falta mucho que descubrir sobre ellos.

noviembre 26/2021 (Diario Médico)

La prestigiosa Nature Communications ha publicado los hallazgos realizados por investigadores del Instituto de Medicina Molecular João Lobo Antunes, según los cuales el silenciado del ARN natural no codificante de cadena larga Zeb2-NAT permite la reprogramación celular de fibroblastos considerados senescentes.

Las células madre así derivadas mantienen todo su potencial, como demuestra su capacidad de diferenciación en respuesta a estímulos específicos.

Este es uno de los pocos ARN de esta categoría con actividad funcional demostrada, asegura Maria Carmo-Fonseca, directora del equipo investigador. El estudio es importante porque demuestra que existen mecanismos que pueden revertir la senescencia celular. Aunque la recuperación de un estado similar al embrionario ha sido ampliamente descrita en años recientes, la eficiencia de este proceso de reprogramación se reduce con la edad de la célula, debido principalmente al daño progresivo al ADN, al agotamiento replicativo y a la reducción de la longitud de los telómeros en los cromosomas.

Este es uno de los primeros estudios en identificar una molécula que regula la expresión de un gen codificante para una proteína implicada en la diferenciación, reprogramación y pluripotencia.
enero 22/2018 (immedicohospitalario.es)

Investigadores españoles identifican un nuevo regulador de senescencia celular que podría conectar este proceso con la formación de tumores y órganos.

El grupo de investigación dirigido por Ignacio Palmero, del Instituto de Investigaciones Biomédicas (CSIC-UAM), ha identificado un nuevo regulador de senescencia celular que podría conectar este proceso con tumorogénesis y organogénesis. El trabajo, publicado en la revista Oncogene, y cuyo primer autor es Isabel Adrados, ha sido realizado en colaboración con laboratorios del departamento de Bioquímica de la UAM-IIB y del Imperial College de Londres.

La senescencia celular es un estado en que las células limitan su proliferación en respuesta al estrés o de forma programada. Se describió inicialmente hace más de medio siglo, pero en los últimos años la investigación ha experimentado un avance espectacular que ha puesto de manifiesto el papel clave de este proceso en muy diversas situaciones, desde patologías como el cáncer o la fibrosis hasta el desarrollo embrionario.

La activación de senescencia provoca, en primera instancia, que la célula deje de dividirse y, eventualmente, puede llevar a su eliminación mediada por el sistema inmune. Hoy sabemos que el equilibrio celular, en una gran variedad de situaciones fisiológicas y patológicas, depende en gran medida del correcto funcionamiento de la senescencia celular. Errores en este equilibrio, por exceso o por defecto, pueden tener consecuencias dramáticas, como malformaciones durante el desarrollo o la formación de tumores.

Mediante el análisis de genes que se expresan de forma diferencial en células senescentes, estos investigadores identificaron una proteína denominada SIX1. SIX1 era conocida por su importancia en el desarrollo y el cáncer, y desempeña un papel clave en la formación de diversos órganos durante el desarrollo embrionario. Su inactivación en ratones da lugar a defectos en el riñón, los músculos o el oído, mientras que en seres humanos, su mutación está asociada al síndrome branquio-oto-renal, una enfermedad rara caracterizada también por importantes defectos en oído y riñones.

Una vez completado el proceso de organogénesis, la expresión de SIX1 en el adulto es muy limitada, pero se reactiva de forma aberrante en una variedad de tumores humanos, especialmente en aquellos más agresivos e invasivos.

Un nuevo papel para SIX1

“Nuestros resultados, obtenidos con técnicas de biología molecular y celular, y análisis de expresión génica; revelan ahora un nuevo papel para esta proteína como regulador esencial de senescencia”, explica Ignacio Palmero, investigador principal del estudio.

“SIX1 actúa como un freno que ayuda a mantener esta respuesta inactiva en condiciones normales de crecimiento”. SIX1 ejerce este efecto inhibidor de senescencia impidiendo que se expresen genes necesarios para el proceso. Entre estos genes destaca p16INK4A, un mediador clave de senescencia y un supresor tumoral inactivado muy frecuentemente en tumores humanos.

Al activarse senescencia, la cantidad de SIX1 en la célula se reduce dramáticamente y, de esta manera, se relaja la represión que ejerce sobre genes de senescencia, permitiendo la implementación de esta respuesta. Estos resultados pueden tener implicaciones importantes en la conexión de senescencia con el desarrollo o el cáncer.

En los últimos años, se ha demostrado que la senescencia actúa como una barrera antitumoral que impide que células con alteraciones potencialmente nocivas puedan progresar hasta la formación de tumores avanzados. En este contexto, los resultados sugieren que los altos niveles de SIX1 presentes en tumores podrían facilitar el escape de esta barrera y, subrayan, que es necesario bloquear senescencia para que se produzca la formación de tumores.

Por otra parte, trabajos recientes de diversos laboratorios han desvelado que la activación programada de senescencia es clave para el desarrollo embrionario. “Nuestros resultados abren la posibilidad de que el papel de SIX1 en la formación de órganos (organogénesis) pueda estar relacionado con su capacidad para regular senescencia”, explica el investigador. Ya hay estudios en marcha que pretenden abordar esta cuestión, analizando la presencia de senescencia en estructuras afectadas por defectos de SIX1 durante el desarrollo.

A través del análisis de SIX1 en senescencia, el estudio ha permitido también detectar la expresión coordinada de un gran número de genes relacionados con diferenciación celular durante senescencia. Estos resultados plantean la interesante posibilidad de que la implementación de senescencia esté relacionada con el balance entre pluripotencia (capacidad de generar diversos tipos celulares) y diferenciación, esencial para la homeostasis o equilibrio de los tejidos, y abren la puerta para futuros estudios sobre la conexión entre senescencia y plasticidad celular.

Aunque aún hay, obviamente, cuestiones abiertas, este trabajo representa un importante avance para conocer mejor el intrincado mecanismo de regulación de senescencia y abre nuevas vías para investigar la conexión de senescencia con otros procesos biológicos tanto en situaciones fisiológicas como patológicas.

diciembre 15/ 2015 (JANO)

Un equipo coordinado desde el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), con la colaboración de investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid y el Museo Nacional de Historia Natural de París, ha descrito nuevas acciones de las hormonas tiroideas. El artículo, portada del último número de «The Journal of Cell Biology», aporta las bases moleculares necesarias para comprender los efectos de estas hormonas en el daño genómico y la senescencia celular.

Las hormonas tiroideas regulan multitud de funciones fisiológicas en el organismo, incluyendo el crecimiento, el desarrollo y la función cardiaca y hepática. Además, aumentan el consumo de oxígeno y la temperatura corporal.

Los resultados demuestran que la unión de las hormonas tiroideas a la isoforma beta de su receptor nuclear conduce a la activación de la expresión de genes fundamentales en la función de las mitocondrias.

ROS
La activación mitocondrial conduce a un aumento en la generación de moléculas muy pequeñas denominadas ROS (por la sigla en inglés de especies reactivas de oxígeno), la acumulación de daño en el ADN de naturaleza oxidativa y la aparición prematura de senescencia celular, tanto en cultivos celulares como en ratones.

El trabajo se ha llevado a cabo con ratones modificados genéticamente que carecen de los receptores de las hormonas tiroideas, además de técnicas para la detección «in vivo» del daño genómico y la senescencia celular y de respirometría de alta resolución.

Ana Aranda, investigadora del CSIC en el Instituto de Investigaciones Biomédicas Alberto Sols (mixto del CSIC y la Universidad Autónoma de Madrid), y autora del estudio, ha señalado que «los resultados ayudarán a comprender mejor las bases moleculares de la supresión tumoral mediada por los receptores de las hormonas tiroideas y, por otra parte, del daño tisular hepático y el envejecimiento asociado a la condición hipertiroidea». Alberto Zambrano, investigador también en el citado centro, aparece como primer firmante de esta publicación.

Mismas moléculas, otros efectos

«La senescencia celular juega un papel clave en procesos de envejecimiento y actúa como una barrera contra la transformación celular y el desarrollo de tumores. Estos resultados tienen la relevancia de integrar acciones metabólicas clásicas de las hormonas tiroideas con procesos como el daño hepático o el envejecimiento prematuro que ocurren en el hipertiroidismo», ha indicado Ana Aranda, investigadora del Instituto de Investigaciones Biomédicas Alberto Sols.
enero 8/2014 (Diario Médico)

Alberto Zambrano, Verónica García-Carpizo, María Esther Gallardo, Raquel Villamuera, Maria Ana Gómez-Ferrería, Angel Pascual, et. al. The thyroid hormone receptor β induces DNA damage and premature senescence. J Cell Biol 2014 204:129-146, doi:10.1083/jcb.201305084.

Un estudio que se publica en The Journal of Cell Biology ha identificado un marcador precoz de las células senescentes que podría tener implicaciones relevantes para la supresión tumoral y las enfermedades relacionadas con el envejecimiento, como la progeria.

Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts han descubierto que el ADN satélite de los centrómeros humanos y murinos abandona su forma compacta a medida que las células entran en senescencia. Y esta distensión ocurre independientemente de cómo se induzca la senescencia.
diciembre 18/2013 (Diario Médico)

Eric C. Swanson, Benjamin Manning,  Hong Zhang, Jeanne B. Lawrence. Higher-order unfolding of satellite heterochromatin is a consistent and early event in cell senescence. J Cell Biol 2013, doi:10.1083/jcb.201306073.