Una proteína, dos estados activados por la luz
Investigadores de Bochum y Ratisbona han descubierto que un canal iónico fotosensible del alga Guillardia theta presenta dos estados de activación por la luz. El segundo estado recién descubierto hace que el canal iónico pueda volver a abrirse con especial rapidez después de haberse cerrado. Esto lo hace interesante para la optogenética, un método utilizado por los investigadores para controlar específicamente la actividad de las células nerviosas mediante la luz.
El equipo dirigido por la Dra. Kristin Labudda y el Profesor Asociado Dr. Carsten Kötting, del Departamento de Biofísica de la Universidad del Ruhr de Bochum, y el Prof. Dr. Till Rudack, de la Universidad de Ratisbona, informa de sus hallazgos en la revista Communications Biology.
Optogenética con potencial terapéutico
En la optogenética, determinadas células nerviosas se modifican genéticamente para que produzcan proteínas sensibles a la luz de otros organismos. La actividad de las células nerviosas modificadas puede controlarse con luz. "Si se dirige luz a estas proteínas, cambian su estructura y activan o inhiben las células", explica Till Rudack.
Desde hace algún tiempo, los investigadores también experimentan con la optogenética para el tratamiento de ciertas enfermedades. "La optogenética es un nuevo método prometedor, por ejemplo para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson", afirma Carsten Kötting. "Podría utilizarse para reactivar células nerviosas dañadas en el cerebro y restaurar parcialmente las habilidades motoras". Sin embargo, aún queda un largo camino por recorrer antes de que el procedimiento pueda establecerse en la práctica clínica diaria. Por ello, equipos de todo el mundo trabajan para comprender mejor las proteínas sensibles a la luz e identificar candidatos óptimos para la optogenética.
Una proteína muy estudiada es el canal iónico GtACR1 del alga Guillardia theta, una denominada canalrodopsina, que sirve de sensor de luz para el alga. Cuando GtACR1 es activado por la luz, el poro del canal se abre y los iones cargados negativamente, como el cloruro, fluyen a través de él.
Canal iónico especialmente eficaz
En el estudio actual, los investigadores de Bochum y Ratisbona demostraron por qué GtACR1 es tan eficiente. Analizaron el canal iónico mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier, que permite registrar los estados estructurales de las proteínas. El grupo demostró que GtACR1 tiene dos estados activados por la luz: el conocido estado básico y un estado intermedio adicional denominado O-intermedio. En la oscuridad, está presente el estado básico, a partir del cual surge el fotociclo normal cuando el canal se activa por primera vez con la luz, como ocurre con otras canalrodopsinas. En el transcurso de este ciclo, se atraviesan varios estados intermedios o también llamados intermedios, que difieren en su estructura y conductividad iónica. Uno de ellos es el O-intermedio, que precede al estado básico durante varios segundos. Sin embargo, a diferencia de otras rodopsinas canalizadoras, la GtACR1 puede activarse con la luz gracias a la configuración del retinal presente en la O-intermedia, el componente básico que sirve de sensor directo de la luz.
"El segundo estado de activación por luz que hemos descubierto garantiza que el canal pueda reabrirse con especial rapidez, lo que aumenta significativamente su conductividad iónica", explica Kristin Labudda. Para las aplicaciones en optogenética, la mayor conductividad iónica significa que es posible reaccionar con mucha precisión a los estímulos y que las células pueden controlarse de forma más selectiva. Esto abre nuevas posibilidades para las aplicaciones optogenéticas. "Con nuestro trabajo hemos descubierto por primera vez una canalrodopsina con varios estados activados por la luz", resume Carsten Kötting. Debería ser posible generar más estados activados por la luz en otras canalrodopsinas mediante mutaciones y aumentar así su eficacia". Estos hallazgos podrían allanar el camino hacia herramientas aún más eficaces en optogenética, con perspectivas prometedoras para la investigación y la medicina."
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