Per què els humans vivim més que els ratolins?

Diferents espècies tenen cicles temporals diferents, amb animals més grans (com els humans) que viuen més temps i ‘més lentament’ que els més petits (com els ratolins).

Per a esbrinar per què, un grup de científics i científiques dirigit per la Miki Ebisuya del Laboratori Europeu de Biologia Molecular – Barcelona (EMBL Barcelona) ha reconstituït cèl·lules mare humanes i de ratolí in vitro per analitzar per què el seu rellotge de segmentació, un procés bioquímic oscil·lant, triga unes dues hores en ratolins i cinc hores en humans.

Els resultats mostren que la raó està a l’ambient de la cèl·lula individual i la velocitat dels processos bioquímics, inclosa la degradació de proteïnes i els retards en els processos d’expressió gènica.

La clau està a la bioquímica

Els investigadors van examinar un gen mestre anomenat HES7, que juga un paper clau en el cicle d’oscil·lació, tant en ratolins com en humans. Van intercanviar els gens HES7 entre cèl·lules humanes i cèl·lules de ratolí, amb l’esperança de veure un intercanvi de la freqüència d’oscil·lació entre les dues espècies, però per a la seva sorpresa, això no va succeir.

Després, l’equip va analitzar la taxa de degradació de la proteïna HES7. Van observar que tant la versió humana de la proteïna HES7 com la de ratolí es degradaven més lentament en cèl·lules humanes que en cèl·lules de ratolí. També van veure que el temps que trigaven les cèl·lules a traduir el gen HES7 en proteïna era significativament diferent.

“Hem demostrat que és l’entorn cel·lular en les cèl·lules humanes i de ratolí el que marca la diferència en les velocitats de reacció bioquímica i, per tant, en les escales de temps implicades”
Miki Ebisuya (EMBL)

L’estudi ha estat la fructífera col·laboració del laboratori de la Miki Ebisuya a l’MBL amb el laboratori García-Ojalvo del Departament de Ciències Experimentals i de la Salut de la Universitat Pompeu Fabra (DCEXS-UPF), totes dues institucions del Parc de Recerca Biomèdica de Barcelona (PRBB) – així com el Centre RIKEN de Recerca de Dinàmica de Biosistemes i la Universitat de Kyoto.

El laboratori dirigit per Jordi García-Ojalvo ha participat fent estimacions teòriques i modelatge. En concret, han ajustat les observacions experimentals a un model matemàtic que calcula, a nivell numèric:

• La vida mitjana de les proteïnes i molècules d’ARN missatger involucrades en aquest  rellotge biològic
• Els diferents retards temporals causats per la producció de proteïnes (transcripció i traducció genètica)

“Aquesta col·laboració és un exemple de com els models matemàtics són importants per entendre els sistemes vius.”

Jordi García-Ojalvo (DCEXS-UPF)

“Sense el model seria difícil lligar les propietats moleculars, microscòpiques, a un comportament tan macroscòpic com la velocitat amb que es formen les vèrtebres en un animal”, conclou el científic.