Utilizando una herramienta informática que identifica los "puntos críticos" de la actividad de modificación postraduccional PTM en las proteínas, los investigadores han encontrado un mecanismo previamente desconocido que frena un importante proceso de señalización celular que involucra las proteínas G que se encuentran en la mayoría de los organismos vivos..
El mecanismo, denominado "cola", es parte de una pequeña proteína conocida principalmente por su papel en la fijación de estructuras más grandes a la membrana celular. Cuando los investigadores desactivaron la cola, casi se produjo una respuesta de señalización que había tardado 30 minutos en ocurririnmediatamente, con una intensidad cuatro veces mayor de lo normal
La investigación se realizó en levadura, pero si ocurre un proceso similar en las proteínas G humanas, el descubrimiento podría proporcionar un nuevo objetivo farmacológico para controlar procesos celulares importantes, y potencialmente ofrecer una nueva clase de biosensores capaces de detectar y responder de manera más sensiblea ciertos agentes químicos. La investigación, apoyada por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales NIGMS de los Institutos Nacionales de Salud, se informó el 1 de mayo en la revista Informes de celda .
"Hemos descubierto el mecanismo que regula la rapidez con que un estímulo externo activa una vía", dijo Matthew Torres, profesor asociado de la Facultad de Ciencias Biológicas del Instituto de Tecnología de Georgia ". Al alterar genéticamente el mecanismo de controlsubyacente a este proceso, podemos modular cuánto de una señal del exterior de la célula ingresa a la célula y qué tan rápido pasa. Es aún más sorprendente porque este mecanismo se ha estado ocultando a la vista durante décadas ".
las proteínas G, también conocidas como proteínas de unión a nucleótidos de guanina, son una familia de moléculas que funcionan como interruptores moleculares dentro de las células. Transmiten señales adquiridas de una variedad de estímulos extracelulares al interior de una célula, a través de la membrana, quede lo contrario no permitiría la comunicación.
La cola encontrada por Torres y la candidata doctoral Shilpa Choudhury probablemente escapó a la atención porque está unida de manera flexible a la subunidad gamma de la proteína G de un equipo de proteínas estrechamente colaborador conocido como G beta / gamma. Las estructuras de proteínas generalmente se han identificado mediante rayos Xtécnicas de cristalografía que no pueden resolver estructuras que están en movimiento.
Antes de su trabajo, la subunidad G gamma se conocía principalmente como la proteína que conecta la subunidad G beta más grande con la membrana celular. Sin el trabajo de SAPH-ire, un programa informático que mapea la actividad de PTM mediante el aprendizaje automático,- el papel de la estructura de la cola podría no haberse identificado
"Durante años, las personas se habían centrado en G beta / gamma como una unidad completa, y no como componentes separados", dijo Choudhury, el primer autor del artículo. "La gamma es una proteína pequeña en comparación con la subunidad G beta más grande, peroahora sabemos que tiene un papel importante en la actividad del sistema de señalización "
En la levadura, las subunidades G beta / gamma activan una vía de señalización en respuesta a las feromonas, un proceso que normalmente tarda unos 30 minutos después de la estimulación de un receptor de feromona en la membrana celular. Torres y Choudhury sospecharon que las modificaciones de proteínas, PTM, de alguna maneracausando la demora. Su programa informático SAPH-ire, desarrollado en el laboratorio de Torres y anunciado en 2015, apuntó con el dedo directamente a la subunidad G gamma.
El programa analiza los repositorios de metadatos existentes de la secuencia de proteínas y la actividad de PTM para revelar "puntos críticos" de alteración de proteínas. SAPH-ire fue diseñado para acelerar la búsqueda de objetivos regulatorios importantes en las estructuras de proteínas y proporcionar una mejor comprensión de cómo las proteínascomunicarse entre sí dentro de las celdas.
Sacando de las bases de datos mundiales de PTM que usan espectrometría de masas para identificar secuencias que están químicamente alteradas, SAPH-ire señaló una ubicación específica en la proteína Gamma. Usando técnicas de mutación genética, Choudhury modificó una sección de la proteína para representar la estructura de la colainactivo.
Pero eliminar la cola del proceso por sí solo no fue suficiente. Para activar el proceso de señalización, las estructuras en la cola tuvieron que interactuar con una proteína efectora separada. Cuando ambas fueron inactivadas, los investigadores vieron un efecto dramático cuando el receptor estabaestimulado
"Puedes pensar en la vía de señalización como una rueda que baja por una colina donde dos pastillas del freno de la bicicleta se aferran a la rueda para reducir la velocidad", dijo Torres. "Activar el receptor de feromona es como soltar la rueda cuesta abajo. Cuando ambos frenos están activos, la rueda se mueve muy lentamente porque los dos frenos están trabajando juntos para disminuir su velocidad y su momento. Esto resulta ser cómo se comporta la vía en las células normales inmediatamente después de la estimulación del receptor ".
"Si quitas uno de los frenos, obtienes un frenado parcial y se permite que la rueda se mueva un poco más rápido, pero aún así se impide que se mueva lo más rápido posible. Así es como se comporta la vía en las células normales dentro de la primera20 minutos después de la estimulación del receptor. Pero si elimina ambos frenos, soltar la rueda cuesta abajo da como resultado una velocidad y un impulso muy altos, algo así como un carrito de golf sin gobernador ".
Esto es exactamente lo que sucedió cuando Choudhury evitó las PTM tanto en G gamma como en la proteína efectora ". Cuando hacemos eso, vemos una rápida activación de la vía de señalización que ocurre seis veces más rápido y es cuatro veces más intensa que con elcondición normal con los frenos de vía intactos "
Más allá de identificar el mecanismo de control de la vía, los investigadores también aprendieron cómo controla la capacidad de la levadura para responder a las feromonas de una manera "similar a un interruptor" que está activada o desactivada en comparación con una manera análoga que es análoga a un volumenmando en un estéreo.
Mientras que Torres y Choudhury hicieron su descubrimiento en la levadura, creen que tendrá amplias implicaciones porque todos los organismos que tienen proteínas G, incluidos los humanos, tienen colas G gamma que están plagadas de PTM. Entre los próximos pasos estará ver silas subunidades G gamma y los efectores G beta / gamma exhiben el mismo tipo de sistema de frenado en las células humanas. De ser así, eso podría proporcionar información que podría identificar posibles objetivos de fármacos nuevos
"La cola existe, y es importante en este proceso de controlar las interacciones con los efectores G beta / gamma, que son esenciales para activar las vías de señalización", dijo Torres. "Sospechamos la importancia de G gamma como señalización de la proteína G reguladorase extenderá más allá de cualquier organismo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :