Cómo una "gorra" invisible podría controlar las sinapsis eléctricas
Nuevos componentes de la comunicación celular
Un equipo internacional dirigido por la Universidad Goethe de Fráncfort (Alemania) ha utilizado la criomicroscopía electrónica más avanzada para visualizar sinapsis eléctricas (uniones en hendidura) en el interior de células vivas. Al hacerlo, descubrieron una sorprendente estructura adicional: una "tapa" circular desconocida hasta ahora que está conectada al canal desde el interior de la célula. Parece estar formada por la proteína UNC-1, cuya familia de proteínas está asociada a diversas enfermedades.
Fila superior: Los promedios de crio-ET de los canales de la unión gap (izquierda) revelaron llamativos tapones (derecha; púrpura) en el interior de la célula. Fila inferior: Las uniones en hendidura (azul claro) permiten a las células comunicarse a través de sus membranas (gris).
N. Rosenkranz
Cuando dos células "hablan" entre sí, suelen hacerlo a través de diminutos canales denominados sinapsis eléctricas. A diferencia de las sinapsis químicas, estas llamadas uniones gap permiten el intercambio directo de información entre dos células, por ejemplo en forma de iones. Sin ellas, nuestros corazones no latirían sincronizados y las células nerviosas no dispararían al mismo ritmo. Pero, ¿qué ocurre exactamente durante esta forma de comunicación celular?
Una mirada al interior de la célula viva
Hasta ahora, las uniones en hendidura se habían estudiado principalmente en forma de proteínas aisladas y tratadas químicamente, es decir, fuera de su entorno natural. Para obtener imágenes de la estructura directamente en tejido vivo, investigadores de la Universidad Goethe de Fráncfort (Alemania), el Instituto Max Planck de Biofísica (Alemania) y el Centro Nacional de Ciencias Biológicas de Bangalore (India) examinaron células del nematodo Caenorhabditis elegans mediante crio-tomografía electrónica (crio-ET). "Con este método podemos congelar las células en su estado natural y tomar imágenes tridimensionales de su interior", explica el Prof. Dr. Alexander Gottschalk, del Instituto de Química Biofísica de la Universidad Goethe. "A partir de miles de imágenes de canales individuales, determinamos entonces una estructura de alta resolución que nos permite comprender cómo funcionan las uniones gap".
Los canales de las uniones en hendidura del nematodo constan de seis subunidades por célula. Juntas forman un canal de doce subunidades, exactamente igual que en los seres humanos. Estas estructuras se han conservado extraordinariamente bien durante la evolución, de modo que los resultados de la investigación en organismos sencillos pueden aplicarse también a mamíferos superiores. Los resultados mostraron que no todos los canales tienen el mismo aspecto: algunos eran anchos y abiertos, otros estrechos y presumiblemente cerrados.
Descubrimiento de una tapa en forma de anillo
En algunos canales, los investigadores descubrieron una estructura adicional: una "tapa" en forma de anillo que se asentaba en el interior de la célula en canales individuales y encerraba su abertura. Esta estructura no descubierta hasta ahora es un componente minúsculo pero importante: las sinapsis podrían regular su conexión con ella como una válvula, un mecanismo que podría ser crucial para controlar las señales eléctricas en el corazón o el intestino.
Para averiguar qué proteína forma esta "tapa", los investigadores combinaron sus datos experimentales con un software de inteligencia artificial capaz de predecir estructuras proteicas. La proteína UNC-1 era la que mejor se ajustaba a la forma observada. Las simulaciones por ordenador confirmaron que el anillo UNC-1 puede asentarse de forma estable en el canal y que ambas proteínas interactúan entre sí, como si estuvieran hechas la una para la otra.
Importancia para las enfermedades humanas
UNC-1 pertenece a la familia de las proteínas similares a la estomatina, que también se encuentran en el cuerpo humano y pueden formar en él tapones en forma de anillo. La estomatina se encuentra, por ejemplo, en los glóbulos rojos, y la podocina en los riñones. Las mutaciones de estas proteínas en humanos están asociadas a enfermedades hereditarias como la estomatocitosis hereditaria o el síndrome nefrótico resistente a esteroides (SRNS). Los nematodos con UNC-1 defectuoso también ven gravemente limitada su movilidad. "La similitud estructural de esta familia de proteínas en diferentes especies es notable", afirma uno de los primeros autores, Nils Rosenkranz, que estudió este complejo proteico para su tesis doctoral. "Nuestro descubrimiento sugiere que la regulación de las uniones en hendidura u otros canales de la membrana celular por medio de estos tapones podría ser un principio fundamental de la comunicación celular, desde los nematodos hasta los humanos".
El descubrimiento plantea ahora nuevas preguntas: ¿Regula realmente la "tapa" la apertura y cierre de los canales? ¿Cómo influye en el flujo de iones? Los investigadores sospechan que las uniones gap humanas también podrían estar reguladas por tapones similares. A largo plazo, esto podría abrir nuevas vías terapéuticas para enfermedades en las que se interrumpe la comunicación entre células.
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