Una nueva e intrincada estructura de proteínas tridimensional está proporcionando una visión detallada de cómo las células cerebrales se comunican rápidamente.
Al visualizar cómo tres proteínas neuronales interactúan entre sí, los investigadores han revelado cómo ayudan a los grupos de células cerebrales a liberar mensajes químicos al mismo tiempo.
El trabajo describe una nueva cooperación sorprendente entre las tres proteínas, y podría ofrecer información sobre otros procesos donde las células secretan moléculas, incluida la insulina y el moco de las vías respiratorias. El investigador del Instituto Médico Howard Hughes HHMI Axel Brunger y sus colegas informan los resultados el 24 de agosto enel periódico Naturaleza .
Cuando un grupo de neuronas recibe una señal eléctrica, las células liberan químicos llamados neurotransmisores casi instantáneamente, en menos de una milésima de segundo. Las neuronas mantienen neurotransmisores en estructuras con forma de burbuja llamadas vesículas sinápticas. Estas estructuras descansan dentro del extremo deproyecciones largas y delgadas que apuntan hacia las células vecinas. Para liberar a los neurotransmisores de sus burbujas, las neuronas deben fusionar las membranas vesiculares con la membrana externa de las proyecciones. Esto abre las burbujas y descarga su contenido en el espacio entre las células. Las señales químicas luego flotan paraceldas vecinas para transmitir un mensaje.
Los científicos sabían que tres proteínas están involucradas en escupir las señales químicas de las neuronas. Un grupo de proteínas llamadas SNARE proporciona energía para la fusión de la membrana. Otra proteína, llamada sinaptotagmina, libera neurotransmisores cuando aparecen iones de calcio después de una señal eléctrica. Una tercera proteína,complexina, evita que las células liberen neurotransmisores espontáneamente. La sinaptotagmina y la complexina se asocian con proteínas SNARE, pero hasta ahora, los científicos no podían explicar cómo estos tres componentes funcionaban juntos.
El equipo de Brunger en la Universidad de Stanford sintetizó porciones de cada componente, les permitió ensamblarse en un complejo y convenció al complejo para que formara cristales. Luego determinaron la estructura del complejo midiendo cómo los cristales difractaban la luz de rayos X.
La estructura cristalina reveló dos formas en que las proteínas interactúan. La primera interacción, entre sinaptotagmina y las proteínas SNARE, es idéntica a la que Brunger y sus colegas describieron en un artículo de 2015 Naturaleza . Una segunda interacción inesperada reveló una relación entre los tres componentes en el complejo más grande.
En esta interacción de tres componentes, una hélice rizada de complexina se acurruca cerca de una hélice en una proteína sinaptotagmina, dispuesta de manera que los giros de las hélices se alineen como los hilos de un tornillo. Estas hélices también descansan sobre las hélices del complejo SNARE.
En colaboración con el investigador del HHMI Thomas Südhof, los investigadores diseñaron neuronas de ratón para producir proteínas de sinaptotagmina mutadas, lo que debilitó la atracción entre las tres proteínas. Las células con proteínas mutadas, o las que carecían de complexina, perdieron la capacidad de sincronizar la liberación de neurotransmisores.
Según sus observaciones, los investigadores proponen que la interacción de tres partes bloquea las proteínas SNARE, por lo que no pueden realizar la fusión de membrana requerida para la liberación del neurotransmisor hasta el momento correcto. Complexin une las tres proteínas y la sinaptotagmina puede desbloquearSNARE proteínas cuando son activadas por iones de calcio.
"Esta interacción tripartita explica intuitivamente el papel de los tres componentes", dice Brunger. "Ahora podemos explicar la cooperación entre complexina, sinaptotagmina y el complejo SNARE".
Hay más de 60 proteínas SNARE diferentes en células de mamíferos que, junto con varias formas de sinaptotagmina, están involucradas en la liberación de hormonas y otros procesos celulares. Una interacción similar de tres partes que involucra proteínas SNARE puede usarse para otros dependientes de calcioprocesos de liberación celular también, dice Brunger.
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Materiales proporcionado por Instituto Médico Howard Hughes . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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