"Conductores Biológicos": Proteínas conductoras de electricidad y

"Conductores Biológicos": Proteínas conductoras de electricidad y "Canalopatías": Enfermedades asocia
Julio 2001
La canalopatología no es sólo una nueva palabra que cada día está más presente en el
lenguaje científico y médico, sino una nueva rama de la Fisiopatología, área cuyo objetivo es el
estudio de los mecanismos y causas de las enfermedades. Con el avance vertiginoso de los
últimos 20 años en biología molecular, fisiología, genética, etc.
y en la tecnología, es muy factible que el conocimiento del hombre acerca de las enfermedades
y la precisión de sus causas aumente en forma exponencial. Este incremento implicará
necesariamente que los nuevos vocablos del lenguaje, asociados a recientes descubrimientos,
se extenderán a un público general que, habiendo asumido la responsabilidad de su salud,
necesita entenderlos de una forma simple.
Un desafío constante para los científicos es transmitir los hallazgos al público, encantarlos y
conquistarlos en su significado y proyección a su calidad de vida cotidiana.
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En esa línea trataré de contar de qué se trata este tema. Las Canalopatías describen el
conjunto de enfermedades asociadas a defectos en el funcionamiento de una clase de
proteínas que genéricamente se llaman "canales iónicos ".
¿ Qué son los canales iónicos?
Son proteínas integrales que están en las membranas celulares y cuya función es ser vía de
paso de moléculas con carga eléctrica (iones sodio, potasio, calcio, etc.), es decir son
conductores biológicos de electricidad. Las membranas celulares separan el medio intracelular
del extracelular y también los compartimentos intracelulares entre sí, de modo que necesitan
variados mecanismos para establecer comunicaciones entre los sectores que segregan. Entre
estos mecanismos son muy importantes aquellos responsables del transporte de solutos
orgánicos e inorgánicos, agua y nutrientes en general.
La membrana celular estructuralmente está compuesta de una doble capa de lípidos que es
impermeable al paso de moléculas cargadas, por ello este proceso es mediado por proteínas
especializadas en transportar, entre ellas están las conocidas como
cana
les iónicos
. Los canales iónicos tienen la capacidad de conducir millones de iones por unidad de tiempo y
subyacen las corrientes iónicas involucradas en muchos procesos biológicos, además tiene la
capacidad de seleccionar el tipo de ion que transportan, por un sistema más complejo que la
simple selección por tamaño. La tercera característica es la capacidad de responder a señales
muy específicas que pueden ser químicas, mecánicas o eléctricas, lo que es determinante en
el rol que estas proteínas conductoras juegan en fisiología. Estos canales iónicos se
encuentran en las membranas de todos los animales y participan en diferentes procesos, como
por ejemplo, la transmisión del impulso nervioso, la contracción muscular, la regulación de
volumen celular, la proliferación celular, aprendizaje y memoria etc. Por lo anterior, es natural
que haya un aumento creciente de enfermedades humanas y animales cuya causa sea un
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defecto funcional de un canal iónico, pues tales alteraciones pueden tener profundos efectos
para el individuo.
El desafío de parte de la ciencia actual es entender los canales iónicos y las bases moleculares
de las canalopatías. Esto implica conocer de todas las áreas involucradas, desde la genética, la
biología molecular, la biofísica, entre otras, hasta el rol fisiológico de las mismas, esto no es
fácil, de modo que la ciencia de hoy se enfrenta a la tarea en equipos multi disciplinarios que
permitan la caracterización del comportamiento normal, la correlación entre la estructura y la
función y la identificación de los "desórdenes" de los canales iónicos "enfermos".
Las enfermedades asociadas a canales iónicos pueden ocurrir por diferentes razones. Por
ejemplo: a) por mutaciones cuyo resultado sea que se "pierde " la proteína o que es
defectuosa, b) la proteína podría estar "sana", pero el sistema que la regula ser el anómalo o c)
todo el sistema puede estar "sano", pero los canales son blanco de una amplia gama de
toxinas que alteran su funcionalidad.
Un caso familiar de este último tipo de disfunción es el que ocurre con las llamadas
neurotoxinas de la marea roja. Una de ellas es la saxitoxina ( STX) que afecta un tipo de
canales iónicos del sistema nervioso, estos canales de sodio (porque conducen iones sodio)
están involucrados en la transmisión del impulso nervioso y por lo tanto su falla puede causar la
muerte. La STX impide que el canal conduzca, es decir "bloquea" el paso de corriente
produciendo una disfunción.
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La mayoría de las enfermedades que se han descrito como canalopatías son mutaciones
genéticas. Por ejemplo, la fibrosis quística, enfermedad genética que afecta especialmente a
los caucásicos, recesiva asintomática para los heterocigotos, pero de baja sobreviviencia en los
homocigotos. Esta enfermedad se debe a defectos funcionales de los canales de cloruro
presentes en intestino, páncreas, glándulas salivales, etc. Otras enfermedades
son debido a alteraciones de canales de sodio o potasio en sistema nerviosos (ej. epilepsias
con cuadros febriles, episodios atáxicos, etc.) , músculos (ej. Miotonías) incluyendo al músculo
cardiaco (ej.arritmias), la lista suma y sigue incrementándose día a día.
Sin embargo, hay un conjunto de ellas en que el defecto de su regulación puede causar la
enfermedad, ya que los canales también están sujetos a efectos de moduladores o reguladores
- correspondiente a una amplia gama de elementos tales como calcio, hormonas, ácidos
grasos, neurotrasmisores, etc. - que pueden modificar la función del canal. Ejemplo de esto,
son algunas diabetes juveniles en las cuales hay una regulación anómala de los canales de
potasio (conducen potasio) de las células pancreáticas.
¿ Por qué ahora y no antes se descubrieron estas causales de enfermedades?
En las ciencias experimentales la introducción de nuevas tecnologías tiene un rápido impacto
en el crecimiento del campo y en caso de los canales iónicos es algo que se cumple a
cabalidad. En los últimos 10 años un gran número de canales se han descrito en todos los
tejidos gracias a las facilidades que ha dado el desarrollo de la electrofisiología y de la biología
molecular que ha permitido hacer un correlato estructura - función. La forma directa de estudiar
esta proteína conductora, registrando la corriente que pasa por una molécula, fue el gran
aporte de Neher y Sackmann, un físico y un médico quienes dieron el gran salto de medir
corrientes "in situ" del orden 10-12 amperes, correspondiente a la corriente que pasa por un
canal abierto, corrientes varios órdenes de magnitud más pequeñas que las corrientes
cotidianas de sus equipos eléctricos del hogar. Estos científicos alemanes en 1991 recibieron el
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Premio Nobel por el desarrollo de la metodología llamada patch-clamp.
¿ Cuál es el futuro y hacia donde vamos?
Difícil predecir qué pasará mañana, pero sin duda que el avance de la ciencia consolidará el
conocimiento de los mecanismos básicos de las enfermedades en profundidad y por lo tanto, el
conocimiento de la curación de las mismas. Fantástico desafío, para los que trabajamos en el
área, es seguir caminando por la ruta de la " fisiología molecular " buscando respuestas de
cómo funciona lo normal y lo patológico. En lo particular, mi fascinación es encontrar algunas
de esas respuestas en un órgano vital para el desarrollo de una nueva vida, esto es la placenta
humana. La placenta es la vía obligada de transporte entre la madre y feto, donde los canales
iónicos son uno de los mecanismos implicados en esa tarea.
¿ Qué le puedo decir a Ud., lector de estas líneas, sobre el significado y el impacto del
conocimiento en su vida?
Creo no equivocarme al decir que se traducirá en beneficios no sólo para curar, sino para
prevenir. Por ejemplo, se podría acceder a un test de diagnóstico rápido que pudiese retardar
el daño y prevenir secuelas, por otro lado permitir un mejor manejo clínico de la terapia y por
ultimo, aunque parezca ciencia-ficción, puede permitir la reparación, el reemplazo o la
incorporación del canal funcionalmente defectuoso, es decir la terapia génica está ad portas.
5/5