Investigadores españoles y alemanes han observado por primera vez los poros en forma de anillo y media luna que la proteína Bax forma en las membranas mitocondriales durante el suicidio celular, gracias al uso de microscopios de superresolución. Estos estudios proponen que Bax se organiza en estas estructuras, las cuales son capaces de perforar membranas y liberar proteínas para completar el proceso apoptótico, y ayudan a resolver el mecanismo de acción de esta proteína clave.

1. Doughnut-shaped holes of killer proteins
observed for the first time
Spanish and German researchers have successfully seen for the first time
the pores, shaped like rings and crescent moons that the Bax protein
perforates in mitochondrial membranes. This advance has been achieved
thanks to super-resolution microscopy and may help find the “holy grail”
of cell suicide, a crucial process in preventing cancer.
Confocal microscopy image showing a mammalian cell entering apoptosis or
cell suicide. Mitochondria are shown in magenta and Bax protein in green,
organising in the areas where the mitochondria are fragmenting. The zooms
show Bax structures (in orange) shaped like rings, arcs and lines, captured by
super-resolution microscopy. / Credit: R. Salvador-Gallego
Death is essential for life, at least at the cellular level. Organ development relies
to a large extent on there being a perfect balance between cells that are
growing and dividing and those that are dying. In order for this to occur, cells
programme their own destruction through a process called apoptosis, or cell
suicide. If any fault arises in this programmed death, cells proliferate in an
uncontrolled manner, and cancer can be caused.
The complex mechanism of apoptosis is governed by a family of proteins, Bcl-
2 proteins, which form a large network of molecular interactions to regulate the
permeabilisation of the outer membrane of the mitochondria, the powerhouse of
the cell. This step is considered to be the point of no return in cell suicide, and is
mediated in the last instance by the Bax protein, an essential member of the
Bcl-2 family whose function is to perforate the membrane.
When the cell is stressed by apoptotic stimuli, Bax activates its killer instinct,
encrusting on the mitochondrial membrane and recruiting other Bax units to
form large clusters. Finally, these break the mitochondrial outer membrane by
making a hole or pore, which allows the release of proteins such as
cytochrome c from the intermembrane space into the extracellular environment
to culminate the suicide process.
The mechanism that the Bax protein follows to irreversibly damage the cell is
still unknown; in fact, the existence of these pores has not until now been free
of polemic, as nobody had succeeded in observing them in the mitochondria of
cells,” the Spanish biochemist Raquel Salvador-Gallego, a researcher at the
University of Tübingen (Germany) and co-author of the paper, explained to
SINC.
But seeing is believing. This biochemist and colleagues at her university and
several other German research centres have managed to visualise the

2. nanometric structures behind Bax organisation during apoptosis, with the help
of super-resolution microscopes. The paper is the cover article of this week’s
edition of 'The EMBO Journal’.
“Surprisingly, we have been able to observe very defined Bax structures across
the mitochondria, shaped like rings, arcs and lines. These are typical of the
protein in its active form and are only present when the cell is dying,” Salvador-
Gallego stresses.
The team, coordinated by another Spanish researcher, Ana García-Sáez, has
verified that these ring and arc structures are able to perforate artificial
membranes which mimic the lipid composition of mitochondria. This leaves no
doubt that they are closely linked to the function of the Bax protein during
apoptosis.
The biochemist summarises that this paper “proposes a new mechanism of Bax
action and confirms the existence of these pores, giving us an important piece
in solving the puzzle of apoptosis.”
Another article appears in the same journal, a study led by Stefan Jakobs of the
University Medical Center of Göttingen (Germany), which confirms with
complementary super-resolution techniques the existence of Bax rings which
may potentially also link with Bak proteins, another member of the Bcl-2 family.
“How the two killer proteins Bax and Bak form the putative ‘apoptotic pore' that
is responsible for irrevocably damaging mitochondria leading to cell death is
considered the ‘holy grail’ of apoptosis research,” writes Dr Grant Dewson of the
University of Melbourne (Australia), also in ‘The EMBO Journal’. He concludes:
“These two studies provide tantalising evidence of ring and crescent moon-
shaped ‘apoptotic pores.

3. Dirigen la muerte programada, esencial para evitar el cáncer
Observados por primera vez los agujeros en forma de
dónut de las proteínas asesinas
Investigadores españoles y alemanes han conseguido ver por primera vez
los poros, con forma de anillo y media luna, que perfora la proteína Bax
en la membrana de las mitocondrias. El avance, logrado gracias a
microscopios de superresolución, puede ayudar a encontrar el ‘santo
grial’ del suicidio celular, un proceso crucial para evitar el cáncer.
Imagen de microscopía confocal donde se observa una célula de mamífero
entrando en apoptosis o suicidio celular. Las mitocondrias se muestran en
magenta y la proteína Bax en verde, organizada en zonas donde las
mitocondrias se están fragmentando. Los detalles o zoomsson estructuras
de Bax (en naranja) captadas por microscopía de superresolución en forma
de anillos, arcos y líneas. / R. Salvador-Gallego
La muerte es esencial para la vida, al menos a nivel celular. El desarrollo de los
órganos depende en buena medida de que se produzca un equilibrio perfecto
entre las células que crecen y se dividen y aquellas que perecen. Para que esto
ocurra, las células programan su propia destrucción a través de un proceso
denominado apoptosis, el suicidio celular. Si ocurre algún fallo en esta muerte
programada, las células proliferan de forma descontrolada y se puede originar
un cáncer.
El suicidio celular está mediado por la proteína Bax en última instancia
El complejo mecanismo de la apoptosis está gobernado por una familia de
proteínas, las Bcl-2, que forman una gran red de interacciones moleculares
para regular la permeabilización de la membrana externa de las mitocondrias,
la central energética de la célula. Este paso es considerado como el punto de
no retorno del suicidio celular, y está mediado en última instancia por la
proteína Bax, un miembro esencial de esa familia cuya función es perforar la
membrana.
Cuando la célula está estresada por el estímulo apoptótico, Bax activa su
instinto asesino y se incrusta en la membrana mitocondrial, reclutando a otras
unidades para formar grandes conglomerados. Estos terminan por romper la
membrana externa de la mitocondria haciendo un agujero o poro, lo que
permite que se liberen proteínas como el citocromo c desde el espacio
intermembrana al interior celular para culminar el proceso suicida.
Poros polémicos que se consiguen observar

4. “El mecanismo que sigue la proteína Bax para dañar irreversiblemente a la
célula todavía es una incógnita; y de hecho, la existencia de estos poros hasta
ahora no ha estado libre de polémica, ya que nadie había conseguido
observarlos en mitocondrias de células”, explica a Sinc la bioquímica española
Raquel Salvador-Gallego, investigadora de la Universidad de Tubinga
(Alemania) y coautora del trabajo.
Pero ver es creer. Esta bioquímica, junto con otros colegas de su universidad y
diversos centros alemanes ha conseguido visualizar, con la ayuda de
microscopios de superresolución, las estructuras nanométricas que están
detrás de la organización de Bax durante la apoptosis. El estudio es portada
esta semana en The EMBO Journal.
Las imágenes de superresolución muestran que las proteínas Bax (en líneas,
arcos y anillos) median en la permeabilización de la membrana externa de las
mitocondrias durante la apoptosis. / The Embo Journal/ R. Salvador-Gallego et
al.
“Sorprendentemente, hemos podido observar estructuras muy bien definidas de
Bax en forma de anillos, arcos y líneas a lo largo de las mitocondrias, que son
típicas de esta proteína en su forma activa y que solo están presentes cuando
la célula se está muriendo”, destaca Salvador-Gallego.
El equipo, coordinado por la también española Ana García-Sáez, ha
comprobado que estos característicos anillos y arcos son capaces de perforar
membranas artificiales que simulan la composición lipídica de la mitocondria,
por lo que no dejan lugar a dudas de que están estrictamente relacionados con
la función de Bax durante la apoptosis.
Portada de The EMBO Journal. / EMBO

5. La bioquímica resume que este trabajo “propone un nuevo mecanismo de
acción de Bax y confirma la existencia de estos poros, proporcionando una
pieza importante en el camino para resolver el gran puzle apoptótico”.
Evidencias seductoras
En la misma revista aparece otro artículo, liderado por el investigador Stefan
Jakobs del Centro Médico Universitario de Gotinga (Alemania), donde se
confirma con técnicas complementarias de superresolución la existencia de los
anillos de Bax, que potencialmente también se pueden unir a proteínas Bak,
otros miembros de la familia Bcl-2.
“Conocer cómo las proteínas asesinas Bax y Bak forman el ‘poro apoptótico’
responsable del daño mitocondrial irreversible, que daña las mitocondrias y
conduce a la muerte celular, está considerado el ‘santo grial’ de la investigación
en apoptosis”, valora también en The EMBO Journal el doctor Grant Dewson
de la Universidad de Melbourne (Australia). Y concluye: “Ahora los dos estudios
proporcionan evidencias seductoras sobre estos poros en forma de dónuts y
medias lunas”.
Referencia bibliográfica:
Raquel Salvador-Gallego, Markus Mund, Katia Cosentino, Jale Schneider,
Joseph Unsay,Ulrich Schraermeyer, Johann Engelhardt, Jonas Ries, Ana J
García-Sáez. “Bax assembly into rings and arcs in apoptotic mitochondria is
linked to membrane pores”. The EMBO Journal 35: 389–401, 18 de enero 2016
(on line), 15 de febrero 2016 (paper and cover).

6. La bioquímica resume que este trabajo “propone un nuevo mecanismo de
acción de Bax y confirma la existencia de estos poros, proporcionando una
pieza importante en el camino para resolver el gran puzle apoptótico”.
Evidencias seductoras
En la misma revista aparece otro artículo, liderado por el investigador Stefan
Jakobs del Centro Médico Universitario de Gotinga (Alemania), donde se
confirma con técnicas complementarias de superresolución la existencia de los
anillos de Bax, que potencialmente también se pueden unir a proteínas Bak,
otros miembros de la familia Bcl-2.
“Conocer cómo las proteínas asesinas Bax y Bak forman el ‘poro apoptótico’
responsable del daño mitocondrial irreversible, que daña las mitocondrias y
conduce a la muerte celular, está considerado el ‘santo grial’ de la investigación
en apoptosis”, valora también en The EMBO Journal el doctor Grant Dewson
de la Universidad de Melbourne (Australia). Y concluye: “Ahora los dos estudios
proporcionan evidencias seductoras sobre estos poros en forma de dónuts y
medias lunas”.
Referencia bibliográfica:
Raquel Salvador-Gallego, Markus Mund, Katia Cosentino, Jale Schneider,
Joseph Unsay,Ulrich Schraermeyer, Johann Engelhardt, Jonas Ries, Ana J
García-Sáez. “Bax assembly into rings and arcs in apoptotic mitochondria is
linked to membrane pores”. The EMBO Journal 35: 389–401, 18 de enero 2016
(on line), 15 de febrero 2016 (paper and cover).