La catálisis geométrica como mecanismo de fisión celular

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Un estudio liderado por el grupo de Nanomecánica de Membranas de la Unidad de Biofísica de la UPV/EHU ha permitido caracterizar el funcionamiento de una proteína encargada de la escisión de membranas celulares. Los resultados del estudio, publicados en Science, permiten ver desde una nueva perspectiva los mecanismos fundamentales de la vida celular, como son la fusión y escisión de las membranas celulares. Además, la metodología desarrollada permitirá ayudar a diagnosticar varios trastornos neuromusculares. 

Las células poseen una serie de proteínas especializadas para que sus membranas puedan unirse (fusionarse) o separarse (fisionarse) sin perder su papel protector frente al medio externo. Una de estas proteínas especializadas es la proteína dinamina, encargada de la constricción y fisión de cuellos de vesículas endocíticas. Dos de las principales características de la dinamina son su capacidad de ensamblaje sobre membranas con alta curvatura (cuellos de vesículas) y su actividad GTPasa, es decir, la capacidad de utilizar la energía almacenada dentro de las moléculas de GTP. El GTP, abreviatura de guanosin trifosfato, es un compuesto químico que juega un papel muy importante en el metabolismo celular. 

Hasta ahora se creía que la dinamina empleaba la energía del GTP para producir una constricción muy fuerte del cuello de la vesícula para así llegar a su fisión. Sin embargo, el estudio liderado por el profesor Ikerbasque, Vadim Frolov, ha permitido por primera vez caracterizar la acción de fisión por parte de la dinamina a escalas nanométricas y con gran resolución temporal. “Hemos sido capaces de caracterizar la unidad funcional mínima de la dinamina.”-comenta el investigador. 

Este estudio ha permitido separar el proceso de escisión de membrana por parte de la dinamina en dos etapas. La primera, puramente mecánica, en la que se produce la constricción del cuello vesicular y una segunda etapa, donde la dinamina “funciona como un centro catalítico, mediante la inserción de algunos de sus dominios dentro la membrana”, explica Frolov. “La hidrólisis del GTP incrementa la flexibilidad interna de la molécula de la dinamina, permitiendo así encontrar la conformación óptima de la proteína sobre la membrana para que se produzca su escisión. Esta optimización constituye la esencia de la “catálisis geométrica”, una nueva forma de ver la actividad de las proteínas durante la remodelación de membrana”, añade. 

Proteína implicada en enfermedades neurodegenerativas

Este estudio ha sido, según Frolov, “el principio de una nueva línea de investigación dentro del grupo de Nanomecánica de Membranas”. Precisamente, este proyecto, que ha tenido una duración de dos años, ha dado lugar a “la definición y desarrollo del método necesario para poder caracterizar la acción de la dinamina con gran precisión espacio-temporal”. Se trata de una combinación de medidas de microscopía de fluorescencia con medidas electrofisiológicas. “Ahora somos capaces de medir el paso de los iones a través del interior de un nanotubo lipídico, a la vez que lo observamos mediante microscopía de fluorescencia. El resultado se traduce en una técnica que permite la caracterización de procesos muy rápidos a escalas muy reducidas”, comenta Frolov. 

“Ésta técnica nos permitirá estudiar por qué pequeñas mutaciones de la dinamina llevan a varias patologías humanas, como las patologías neuromusculares”, añade Frolov. 

Sobre los autores La primera autora, Anna Shnyrova, es miembro del grupo liderado por Vadim Frolov en la Unidad de Biofísica (centro mixto UPV/EHU-CSIC). El grupo de investigación que ha participado en este estudio además cuenta con investigadores procedentes de varias instituciones de reconocido prestigio mundial, como son el Instituto Frumkin de Química Física y Electroquímica de la Academia Rusa de Ciencias, la Universidad del Suroeste de Texas y los Institutos Nacionales de la Salud de EEUU.

Referencia:

Anna V. Shnyrova, Pavel V. Bashkirov, Sergey A. Akimov, Thomas J. Pucadyil, Joshua Zimmerberg, Sandra L. Schmid, Vadim A. Frolov. Geometric catalysis of membrane fission driven by flexible dynamin rings. Science 22 March 2013: Vol. 339 no. 6126 pp. 1433-1436 DOI: 10.1126/science.1233920

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa 


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