Los científicos de Scripps Research han descubierto que una misteriosa familia de proteínas celulares llamadas OSCA y TMEM63 son una nueva clase de canales iónicos mecanosensibles.
Los canales iónicos mecanosensibles convierten las fuerzas físicas biológicamente relevantes en señales bioquímicas. Por ejemplo, la respuesta de una planta a señales ambientales como el viento, las corrientes de agua o las barreras físicas dependen de la mecanosensión. En los mamíferos, el sentido del tacto, la sensación de dolor y la regulación de la presión arterial sonrealizado por canales de iones mecanosensibles. A pesar de su importancia, se sabe muy poco acerca de las moléculas que realizan estas funciones en plantas y animales.
Los científicos también descifraron la estructura atómica de un miembro de la familia de proteínas OSCA, un avance que les permitirá estudiar cómo estos canales iónicos hacen su trabajo, información que podría ser crítica para identificar cómo las disfunciones en la mecanosensibilidad juegan un papel en la enfermedad.
El trabajo original para descubrir el papel de las proteínas OSCA fue dirigido por Swetha Murthy, PhD, colaboradora científica profesional en el laboratorio de Ardem Patapoutian, PhD, profesora en Scripps Research e investigadora del Instituto Médico Howard Hughes. En su nuevo eLife estudio, Murthy y sus colegas muestran que los canales OSCA no son solo canales iónicos sensibles a la presión, sino que parecen haber mantenido sus propiedades "mecanosensibles" a medida que la vida evolucionó.
"Queríamos ver si las propiedades de mecanosensibilidad se conservaban en los 15 miembros diferentes de la familia OSCA y en las diferentes especies", dice Murthy.
Los nuevos hallazgos sugieren que las capacidades de detección de presión de estos canales iónicos están "conservadas" entre los tipos de canales OSCA. Además, aunque los canales OSCA están presentes en las plantas, sus proteínas relacionadas en los animales, TMEM63, también son mecanosensibles.
"Este hallazgo facilitará el estudio de estos canales en organismos modelo como moscas y ratones y ayudará a identificar su papel en los procesos biológicos humanos y otros estados de enfermedad relacionados con la mecanosensación", dice Murthy.
Un estudio de seguimiento fue dirigido por Sebastian Jojoa Cruz, estudiante graduado y Kei Saotome, PhD, en Scripps Research, y publicado simultáneamente en eLife . Trabajando con el profesor Andrew Ward, PhD, los investigadores utilizaron una técnica de imagen llamada microscopía crioelectrónica para estudiar los detalles estructurales de un miembro de la familia OSCA, llamada OSCA1.2.
Este primer vistazo a la estructura de OSCA sugiere que parte de la proteína puede estar lo suficientemente cerca de la membrana celular como para detectar la tensión de la membrana y traducir esa tensión al resto del canal iónico. Los investigadores esperan investigar exactamente cómo esta detección de presiónel proceso funciona
"Al revelar la primera instantánea estructural de un canal OSCA, hemos proporcionado un punto de partida valioso para desentrañar los detalles de un mecanismo de sensación de fuerza que se extiende por toda la biología", dice Saotome.
"La fuerza es un fenómeno difícil de estudiar a nivel molecular, por lo que los estudios futuros requerirán enfoques innovadores y multidisciplinarios", agrega Ward. Por ejemplo, simulaciones de dinámica molecular de OSCA1.2, realizadas por los coautores Alex Tsui y Mark Sansom, DPhil, en la Universidad de Oxford, ofrecen pistas tentadoras sobre el papel de los lípidos en la función del canal.
Saotome y Jojoa Cruz dicen que fue "sorprendente" ver cuán similar era la estructura OSCA a la estructura de una familia no relacionada de proteínas llamada TMEM16, especialmente en el dominio transmembrana. TMEM16s tienen diversos roles en la biología de membrana, incluso como canales iónicosy manipuladores de la membrana celular. Por lo tanto, la similitud estructural podría sugerir que esta arquitectura de proteínas es responsable de más funciones biológicas de lo que se creía anteriormente.
"El siguiente paso será determinar el papel fisiológico de estas proteínas en plantas y animales", dice Murthy.
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Materiales proporcionado por Instituto de Investigación Scripps . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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