28.06.2021 - Forschungszentrum Jülich GmbH

Las proteínas de membrana de las bacterias y los seres humanos muestran sorprendentes similitudes

La cooperación en la investigación desvela la estructura y la función de PspA y descubre el vínculo evolutivo de una proteína bacteriana con las proteínas humanas ESCRT-III

Las células de organismos simples, como las bacterias, así como las células humanas, están rodeadas por una membrana, que cumple varias tareas, entre ellas la de proteger a la célula del estrés. En un proyecto conjunto, los equipos de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU) y el Forschungszentrum Jülich, con la participación de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU), han descubierto ahora que una proteína de membrana que se encuentra en las bacterias tiene una estructura y función similares a las de un grupo de proteínas que se encargan de remodelar y reconstruir la membrana celular en los seres humanos. Hasta ahora no se conocía ninguna relación entre ambos grupos de proteínas.

La PspA desempeña un papel clave en la respuesta bacteriana al estrés

El sistema de proteínas de choque fágico (Psp) se descubrió en las bacterias hace aproximadamente 30 años. En aquel momento, se identificó como una respuesta de la bacteria Escherichia coli a la infección con virus especiales llamados bacteriófagos. Más tarde se supo que su función de protección de la membrana celular excede la respuesta específica a la infección por bacteriófagos. El estrés osmótico, el calor, las toxinas celulares o los defectos en la envoltura de la membrana también pueden desencadenar la reacción de estrés.

"Hoy sabemos que el sistema Psp se activa en respuesta a numerosos tipos de estrés de membrana. Sin embargo, varios detalles moleculares siguen siendo desconcertantes", explicó el profesor Dirk Schneider, jefe del grupo de Proteínas de Membrana de la JGU. "Por eso decidimos examinar más de cerca las proteínas centrales del sistema Psp". Junto con su equipo, ha descubierto recientemente cómo el representante de la Psp, IM30, forma una estructura protectora similar a una alfombra en la membrana celular para hacer frente al estrés de la membrana.

En su nuevo trabajo, los científicos examinaron la proteína de choque del fago A (PspA), que tiene un papel clave en el sistema Psp. En concreto, mediante el uso de la criomicroscopía electrónica, se hizo visible cómo la PspA forma tubos largos en forma de espiral que pueden encerrar una biomembrana en la cavidad interior. Las imágenes de alta resolución muestran ahora por primera vez cómo la PspA disuelve localmente membranas individuales y luego las remodela en unidades más grandes o incluso media en la formación de nuevas estructuras de membrana.

"Miles de bloques de construcción de PspA pueden ensamblarse para formar grandes estructuras helicoidales. Por lo tanto, son un objeto de investigación ideal para nuestro análisis estructural por criomicroscopía electrónica", dijo el profesor Carsten Sachse del Forschungszentrum Jülich y la HHU de Düsseldorf. Los estudios se realizaron en Jülich junto con el Dr. Benedikt Junglas, antiguo estudiante de doctorado del profesor Dirk Schneider en la JGU. En el Centro Ernst Ruska de Microscopía y Espectroscopía con Electrones (ER-C), el Forschungszentrum Jülich opera algunos de los microscopios electrónicos más potentes de Europa y, desde hace poco, criomicroscopios para el estudio de muestras biológicas congeladas.

La PspA remodela las membranas

Bajo el microscopio, los investigadores pudieron reconocer o -en la jerga- "resolver" la estructura de la PspA. La estructura de una proteína es esencial para su función y un defecto en la estructura puede perjudicar la función de la proteína. "Bajo el microscopio, nos dimos cuenta de que PspA tiene una estructura similar a las proteínas ESCRT-III, en las que nuestro laboratorio ya había estado trabajando. Esto nos sorprendió por completo y demostró lo importante que es dilucidar las estructuras de las proteínas en detalle", dijo Sachse. "Después de miles de millones de años, los dos grupos de proteínas han divergido genéticamente tanto que sus similitudes sólo podían detectarse a partir de su estructura".

Las proteínas ESCRT-III se encuentran en todos los organismos vivos con un verdadero núcleo celular, incluidas las células humanas. En ellas, los complejos proteicos ESCRT-III participan en la remodelación y reparación de la membrana celular, pero también desempeñan un papel clave en otros procesos celulares. En las bacterias, no se conocían anteriormente proteínas de la familia ESCRT-III. "Por tanto, PspA y ESCRT-III pertenecen al mismo grupo de proteínas. Estas dos realizan tareas similares en las membranas del interior de las células", dijo Schneider.

"Basándonos en las propiedades estructurales y funcionales similares de PspA y de las proteínas eucariotas ESCRT-III, hemos identificado a PspA como un miembro bacteriano de la superfamilia ESCRT-III, evolutivamente conservada, de proteínas remodeladoras de membranas", escribieron los autores en su artículo para Cell.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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