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En un trabajo reciente, publicado por el grupo del Dr. José M. López del Institut de Neurociències y el Departament de Bioquímica i Biologia Molecular de la Universitat Autònoma de Barcelona, se esxplica cómo una célula es capaz de generar señales digitales a partir de estímulos analógicos. En concreto, se estudian las propiedades de unas proteínas quinasas (AMPK y JNK) que son sensores de estrés celular, y que se activan ante una concentración elevada de solutos en el medio (lo que se conoce como estrés hiperosmótico). Para realizar este trabajo, los investigadores estudian el efecto del choque osmótico en los oocitos de la rana africana Xenopus laevis. ¿Por qué utilizan un sistema celular tan peculiar? En primer lugar, porque un oocito de Xenopus laevis tiene una medida equivalente a 250.000 células de mamífero, lo que permite realizar experimentos bioquímicos en células individuales para medir la actividad de estas proteínas. En segundo lugar, porque el choque osmótico induce a la muerte de los oocitos (apoptosis) que se caracteriza por la salida del citocromo c mitocondrial y la activación de las caspasas (unas proteínas que degradan su entorno a otras proteínas). Como la apoptosis es un fenómeno biológico irreversible, se estudian una serie de propiedades que pueden ser importantes para regular este proceso: 1) Ultrasensitividad, es decir, la capacidad para producir una gran respuesta a un pequeño incremento en la concentración del estímulo, 2) Histéresis, es decir, la capacidad de mantener la respuesta cuando el estímulo ya ha desaparecido, y 3) Respuesta digital, es decir, una activación del todo o nada a nivel de la célula individual.

En primer lugar, los investigadores caracterizan la proteína AMPK del Xenopus, que es un sensor y regulador de los niveles de energía en la célula, y que no había sido descrita en esta especie. En segundo lugar, el estudio demuestra que las dos proteínas (AMPK y JNK) son ultrasensibles al choque osmótico y que tienen una respuesta digital. No obstante, mientras que JNK presenta histéresis, la AMPK no. Además, se demuestra que las dos proteínas tienen una respuesta inicial analógica, que se convierte en digital durante un momento crítico de la muerte celular: cuando se produce la salida del citocromo c mitocondrial. Por tanto, la respuesta digital es dependiente del tiempo y se obtiene, presumiblemente, cuando el sensor ha superado un determinado límite de estrés. Finalmente, como que no hay una correlación completa, a nivel de célula individual, entre la activación de la AMPK y / o JNK y la salida del citocormo c, los autores proponen un modelos para explicar la muerte celular programada basado en la activación de múltiples sensores de estrés (proteínas quinasas) y la integración de las señales digitales generadas. En el futuro, se estudiarán otros sensores de estrés que pueden participar en la muerte celular. Asimismo, las propiedades descritas anteriormente para las proteínas quinasas (ultrasensitividad, histéresis y respuesta digital) pueden tener gran importancia en otros procesos biológicos como el ciclo celular, la diferenciación o incluso en la formación de la memoria a largo plazo.