Circuitos moleculares - Universidad Autónoma de Madrid

Circuitos moleculares que optimizan la detección de
señales celulares
¿Qué tipos de redes moleculares son capaces de detectar mejor diferentes estímulos
celulares, e interpretar la información transmitida en presencia de ruido? En un
reciente trabajo teórico investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid
analizan las propiedades de circuitos generales de tres componentes, y llegan a la
conclusión de que un tipo de circuito muy común en redes biológicas es capaz de
detección óptima.
UAM | Octubre 18 de 2010
La supervivencia celular depende en muchas ocasiones de la respuesta que diferentes
estímulos originan en la célula. Éstos se transmiten e interpretan mediante complejas
redes de señalización que, de forma análoga a cómo las señales viales de una ciudad
regulan el tráfico entre calles, coordinan espacial y temporalmente las interacciones
entre diferentes grupos de genes en respuesta al estímulo.
Resultados experimentales recientes han demostrado que las redes de señalización
celular pueden “descodificar” información contenida tanto en la amplitud y duración
temporal de un estímulo como en su frecuencia, en caso de recibir estímulos que
cambien de forma periódica con el tiempo. Por ejemplo, el número y periodo de
oscilaciones en la expresión de algunas proteínas puede regular la respuesta a
señales apoptóticas o de muerte celular si la célula sufre daños, para evitar su
proliferación anómala que puede degenerar en tumores.
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El grupo de Biología Computacional de la Facultad de Ciencias de la UAM, en
colaboración con el laboratorio de Sistemas Genómicos del Centro Nacional de
Biotecnología, ha desarrollado un marco teórico general para estudiar la respuesta a
diferentes características de los estímulos (amplitud, frecuencia) por redes
moleculares sencillas, constituidas por una molécula que transmite la señal (input),
una especie intermedia (sensor) y una especie molecular que origina la respuesta
(output). A pesar de su aparente simplicidad, “circuitos” moleculares de esta clase son
ubicuos en redes de señalización. Algunos de los más comunes son los circuitos de
“retroalimentación”, en los que hay una interacción recíproca entre el sensor y el
output.
En dicho trabajo, publicado en PloS ONE, los investigadores han demostrado que
existe siempre una compensación en la detección de estímulos por circuitos con
retroalimentación, de forma que circuitos que detectan bien la amplitud de una señal,
son pobres detectores de frecuencia, y viceversa.
Sin embargo, hay otro tipo de circuitos muy comunes en redes de señalización que
muestran algún tipo de interacción directa entre input y output. El trabajo demuestra
que dichos circuitos son buenos detectores simultáneos tanto en amplitud como en
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frecuencia, y además resisten bien las fluctuaciones o “ruido” que de forma natural
siempre transmite la señal, y que es deseable evitar. La alta presencia de este tipo de
circuitos en redes biológicas sugiere que se pueden utilizar como módulos flexibles,
adecuados para funcionar en diferentes contextos de señalización de forma óptima sin
necesidad de elementos o conexiones adicionales.
Datos de la publicaicón:
Guantes R, Estrada J, Poyatos JF, 2010 Trade-offs and Noise Tolerance in Signal Detection by
Genetic Circuits. PLoS ONE 5(8).
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