En mayo de 2025 la revista Nature Communications publicó un artículo que ha llamado bastante la atención dentro de la así llamada “comunidad científica”. Según ese paper, se habría descubierto un nuevo orgánulo celular, el hemifusoma.

¿Perdón? ¿¿A estas alturas aún no sabemos bien lo que hay dentro de la célula?? Pero si desde que estudiamos en la escuela los orgánulos celulares siempre eran los mismos…

Vamos a intentar explicaros esta nueva sorpresa en el campo de la biología celular. Una sorpresa que, de confirmarse, puede abrir nuevas vías terapéuticas para algunas enfermedades genéticas y neurodegenerativas… en un futuro aún no muy cercano.

¿Qué han descubierto?

Un equipo de investigadores liderado por la Dra. Seham Ebrahim de la Universidad de Virginia, en colaboración con el Dr. Bechara Kachar del NIH ha descrito una nueva estructura celular que han denominado hemifusoma.  Todos conocemos las mitocondrias, los ribosomas, el retículo endoplásmico… Son los orgánulos celulares, el equivalente a los órganos de un cuerpo. Es decir, estructuras que realizan funciones concretas necesarias para el funcionamiento celular. Pero hasta ahora se nos había escapado la existencia de este “nuevo” orgánulo. Según Ebrahim, el hemifusoma es el equivalente a un centro de reciclaje dentro de la célula. Hasta ahora no se había descubierto por su naturaleza transitoria: aparece y desaparece según las necesidades específicas de la célula.

Un aspecto particularmente sorprendente de este descubrimiento es que el hemifusoma es relativamente común en ciertas partes de nuestras células. De hecho, llega a constituir hasta el 10% de los orgánulos vesiculares en la periferia celular. Y aún así no lo habíamos encontrado hasta ahora.

¿Cómo lo han descubierto?

El estudio de las estructuras celulares se suele hacer utilizando la microscopía electrónica. Generalmente las células se fijan químicamente y después se tiñen con algún colorante específico. Pero este procedimiento limitaba el estudio de fenómenos transitorios. Los autores  del trabajo han empleado un técnica avanzada llamada criotomografía electrónica (cryo-ET).

Esta técnica lo que hace es «congelar» las células a temperaturas inferiores a -135°C y después proceder a cortarlas en rodajas ultrafinas por medio de un diamante. Esos cortes son dispuestos bajo un haz de electrones. Se generan así unas imágenes que son tratadas con un software para obtener imágenes en tres dimensiones con una resolución sin precedentes. A diferencia de los métodos tradicionales que requieren fijación química y tinción, la criotomografía electrónica preserva las células en su estado más nativo, revelando estructuras que de otro modo permanecerían ocultas.

Hemifusomas (HF, en amarillo) y hemifusoma invertido(fHF en verde) observados por cryo-ET. MVB: cuerpos multivesiculares. En: vesiculas similares a endosoma. Cyt: citoplasma. Ext: espacio extracelular. Imagen tomada del propio artículo.

¿Cómo es el hemifusoma?

El hemifusoma presenta una estructura bastante diferente a lo que estamos acostumbrados a ver en la organización celular. Según las observaciones detalladas en el estudio, estas estructuras se caracterizan por ser vesículas heterotípicas hemifusionadas que presentan un diafragma de hemifusión extendido. Vale, seguramente no habéis entendido nada. Dicho de otra manera, son dos bolas (vesículas), una más grande que la otra. Según la Dra. Ebrahim podemos imaginar algo como «un muñeco de nieve con bufanda» (ver imagen). La vesícula principal tiene aproximadamente 160 nanómetros de diámetro, mientras que la segunda es aproximadamente una cuarta parte más pequeña, con unos 42 nanómetros. Son tamaños relativamente grandes. Sus paredes son lipídicas y está en contacto, pero no unidas. Tienen una zona de contacto formada por una doble membrana que han llamado diafragma de hemifusión. La fusión de las membranas no es total, por eso se llama de hemifusión. Este tipo de unión tampoco se había observado hasta el momento.

Secciones de hemifusomas donde se puede ver la variabilidad en los tamaños y formas de las dos vesículas. Imagen tomada del propio artículo

Los investigadores han identificado dos configuraciones principales de hemifusomas:

1. Hemifusomas directos: donde la vesícula más pequeña está situada en la cara exterior de la mayor.
2. Hemifusomas invertidos: donde la vesícula menor se encuentra en el interior de la mayor.

Un componente particularmente intrigante del hemifusoma es la presencia de una nanogota proteolipídica de 42 nanómetros (en la imagen de arriba se señala con una flecha), una pequeña estructura compuesta por lípidos y proteínas que se sitúa precisamente en el borde donde ocurre la fusión parcial. Esta nanogota parece desempeñar un papel crucial en la formación y estabilización del orgánulo.

¿Cuál es su función dentro de la célula?

La función principal del hemifusoma está relacionada con la clasificación, procesamiento y reciclaje de componentes celulares, así como con la formación de nuevas vesículas. Podríamos decir que es una planta de reciclaje en miniatura dentro de la célula.

¿Y qué es lo que se recicla en la célula? De igual manera que en nuestra vida diaria usamos cosas y pasado un tiempo se estropean o ya no las necesitamos, a la célula le sucede lo mismo con sus estructuras celulares. Pero estas estructuras están hechas de materiales valiosos, como proteínas o lípidos. ¿No es mejor reutilizarlos o reciclarlos que destruirlos? En este proceso de reciclaje es esencial el papel de las vesículas. Se trata de pequeñas estructuras similares a sacos que transportan y almacenan sustancias como proteínas y lípidos dentro de las células o hacia su exterior. Los hemifusomas son como los centros logísticos donde las vesículas transportadoras se conectan y transfieren la carga. Hasta el momento no se sabía que existía este proceso.

Además, pareces ser que los hemifusomas también facilitan la formación de vesículas y participan en la creación de otros orgánulos que están compuestos por múltiples vesículas. Son por tanto importantes en la organización celular.

Los investigadores han llamado así a los hemifusomas porque estas estructuras representan un estado intermedio de fusión de membranas conocido como hemifusión, donde las membranas se conectan parcialmente pero mantienen compartimentos separados. Esto permite un control muy fino del intercambio de materiales entre diferentes compartimentos celulares.

Particularmente importante es el papel propuesto de las nanogotas proteolipídicas en lo que los investigadores denominan «vesiculogénesis de novo»: la formación de nuevas vesículas desde cero. Este proceso podría ser fundamental para el mantenimiento de la homeostasis celular y la renovación de componentes celulares, aunque aún falta mucho por investigar.

Otro aspecto muy importante de este descubrimiento es que hasta ahora se pensaba que las estructuras celulares formadas por vesículas (cuerpos multivesiculares o MVB) se generaban mediante un mecanismo llamado ESCRT. Sin embargo, este trabajo propone que el hemifusoma puede participar en la aparición de los MVB de manera independiente de ESCRT. Este mecanismo de acción nunca había sido descrito anteriormente.

Posibles implicaciones clínicas

A lo mejor alguno de vosotros, al leer esto, estáis pensando algo como “vale, han encontrado unas cosas nuevas dentro de la célula. ¿y esto para qué vale o por qué es importante más allá del laboratorio?” Pues aún queda mucho camino por recorrer para responder totalmente a esa pregunta y para tener certezas. Pero sí os podemos decir que es posible que nos ayude a comprender mejor algunas enfermedades. Y ya sabéis que el conocimiento de lo que falla en el cuerpo, la célula, los genes, es el paso previo para buscar una solución.

Hemos dicho que parece que el hemifusoma trabaja con el material de la célula que procede de, por ejemplo, orgánulos ya no funcionales. Podríamos decir que trabaja con residuos. Los empaqueta y ayuda a dirigirlos hacia partes de la célula donde se puedan reciclar (o eliminar). Pues se sabe que hay enfermedades cuya causa es la existencia de problemas en las vesículas, en la gestión de determinados materiales de la célula.  Por lo tanto, en ellas, podría estar implicado el hemifusoma. Vamos a ver algunos ejemplos.

– Síndrome de Hermansky-Pudlak

Se trata de un trastorno genético raro que afecta a entre 1 en 350.000 y 1 en 1.000.000 personas (en una zona de Puerto Rico la prevalencia aumenta hasta 1/1.800). Se caracteriza por albinismo oculocutáneo, problemas de coagulación sanguínea y, en muchos casos, fibrosis pulmonar progresiva que puede ser potencialmente mortal.

Está causado por mutaciones en genes que afectan la formación de vesículas y la clasificación de proteínas celulares. Así, por ejemplo, afecta a los melanosomas, que son las vesículas donde se acumula la melamina. Y de ahí viene uno de los principales síntomas de este síndrome, el albinismo. ¿Puede el hemifusoma estar relacionado con la causa de esta enfermedad? Todavía estamos muy lejos de saberlo, pero desde luego el descubrimiento del hemifusoma abre nuevas vías de investigación.

– Enfermedades Neurodegenerativas

Aunque el estudio no establece una relación directa, los investigadores plantean una hipótesis sobre la posible conexión del hemifusoma con enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson. Ambos se caracterizan por la acumulación de proteínas anormales que las células no logran eliminar correctamente. Se trata, por lo tanto, de un problema directamente relacionado con defectos en los sistemas de reciclaje celular.

Hace ya unos años os explicamos en Dciencia el proceso de la autofagia, la base del reciclaje celular. Os recordamos que la autofagia es un proceso fundamental para mantener la salud de las células, entre ellos, lógicamente, la de las neuronas. Numerosos estudios han relacionado un mal funcionamiento de la autofagia con el Alzheimer y el Parkinson. Teniendo en cuenta que, como se ha descrito en este artículo,  los hemifusomas participan efectivamente en el procesamiento y eliminación de proteínas defectuosas, su disfunción podría estar implicada en la patogénesis de estas enfermedades neurodegenerativas.

De acuerdo con los autores del estudio, la comprensión del funcionamiento de los hemifusomas podría, por tanto, «desbloquear nuevas ideas sobre cómo se manifiestan enfermedades como el Alzheimer» y potencialmente conducir al desarrollo de terapias más efectivas.

Conclusión y perspectivas futuras

El descubrimiento del hemifusoma es un hito importante de la biología celular. No supone solo la identificación de una nueva estructura celular, sino que introduce un modelo independiente de ESCRT para la formación de cuerpos multivesiculares. Este hallazgo desafía modelos previos sobre la fusión de membranas, que consideraban la hemifusión como un estado transitorio de corta duración. Los hemifusomas demuestran que estas estructuras pueden ser estables y funcionales, representando un paradigma completamente nuevo en la biología de membranas.

Las perspectivas de futuro son bastante excitantes. Estamos ante un orgánulo nuevo, con una función hasta ahora no observada. Por lo tanto, a partir de ahora hay mucho que estudiar sobre estos orgánulos. Entre otras cosas, podemos destacar el estudio de:

• Los mecanismos moleculares específicos que regulan la formación y disolución de hemifusomas.
• Su papel en diferentes tipos celulares y tejidos
• El comportamiento en estados patológicos
• Su potencial como diana terapéutica

La Dra. Ebrahim afirma que «esto es solo el comienzo. Ahora que sabemos que existen los hemifusomas, podemos empezar a preguntar cómo se comportan en células sanas y qué es lo que pasa cuando las cosas no funcionan bien. Esto podría llevarnos a encontrar nuevas estrategias para el tratamiento de enfermedades genéticas complejas».

Artículo original

Tavakoli, A., Hu, S., Ebrahim, S. et al. Hemifusomes and interacting proteolipid nanodroplets mediate multi-vesicular body formation. Nat Commun 16, 4609 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59887-9