Los investigadores del UT Southwestern Medical Center han descubierto la forma detallada de una proteína clave involucrada en la contracción muscular. El informe, publicado hoy en neurona , puede conducir a una mejor comprensión de las condiciones genéticas de debilitamiento muscular llamadas síndromes miasténicos congénitos CMS.
La proteína se encuentra en la superficie de las células nerviosas que se conectan a los músculos y es esencial para que la célula muscular se contraiga solo milisegundos después de que se envían las instrucciones a través de la médula espinal. Llamado receptor nicotínico, ha sido un desafío estudiar porquese sienta en la membrana de la célula.
"El receptor nicotínico en la unión neuromuscular ha sido un objetivo de interés durante más de un siglo. Fue el primer canal iónico en ser purificado, el primero en tener sus genes clonados y el primero en ser fotografiado por un microscopio electrónico,"dice Ryan Hibbs, Ph.D., profesor asociado de Neurociencia y Biofísica en UTSW y autor correspondiente del estudio.
Muchos grupos habían tratado de determinar la estructura del receptor utilizando una tecnología anterior llamada cristalografía de rayos X, así como microscopios electrónicos criogénicos de primera generación cryo-EM, pero solo pudieron obtener imágenes de baja resolución, agrega.
Normalmente, el receptor nicotínico es activado por una molécula llamada acetilcolina. Sin embargo, el receptor nicotínico también es blanco de varios venenos que causan parálisis muscular.
Entonces, el equipo utilizó esto para su ventaja para aislar suficiente proteína del receptor para estudiar su forma y estructura. Mezclaron la toxina del veneno de serpiente con tejido de pescado que se sabe que contiene altas cantidades de la proteína del receptor.
El equipo luego congeló rápidamente el receptor unido a la toxina y usó la técnica de microscopía crioelectrónica que evoluciona rápidamente para descubrir la forma de la estructura. Antes de los desarrollos recientes en cryo-EM, el único método para resolver estructuras de proteínas comoel receptor nicotínico era la cristalografía de rayos X, que involucraba cristales de proteínas que crecían lentamente, pero las proteínas que se encuentran en las membranas generalmente no cristalizan bien.
"Esto nunca podría haberse hecho utilizando la cristalografía de rayos X; cientos de investigadores lo habían intentado. Los nuevos microscopios nos permitieron llegar a una resolución muy alta cerca del nivel atómico. Con esa resolución, podemos distinguir con precisión elposiciones de la mayoría de más de 2.000 aminoácidos que componen la proteína del receptor ", dice Hibbs." Los resultados fueron sorprendentes. Revelaron, con un nivel de detalle muy fino, la arquitectura 3D del receptor, con dos moléculas de toxina unidas aexactamente donde sabemos que se une la acetilcolina mucho más pequeña "
Los resultados mostraron cómo la toxina bloquea la acetilcolina al competir por el mismo sitio de unión, paralizando el receptor en la configuración cerrada y evitando el flujo de mensajes electroquímicos. La estructura también revela por qué la toxina se une tan estrecha y selectivamente al receptor y cómoel veneno paraliza a las presas, incluidos los humanos, que tienen la desgracia de ser mordidos por la serpiente.
"Aprendimos una enorme cantidad de la nueva estructura 3D más allá de cómo funciona la toxina para envenenar el receptor", dice Hibbs. El autor principal, el Dr. Mahfuzur Rahman, investigador postdoctoral en el laboratorio de Hibbs, agrega que elEl receptor neuromuscular de acetilcolina nicotínico es un objetivo terapéutico para varias enfermedades genéticas que causan debilidad muscular, que el equipo también investigó.
"Aquí mapeamos las mutaciones relacionadas con el CMS en tres regiones principales en la estructura del receptor. Esta nueva información estructural arroja luz sobre cómo las mutaciones en esas áreas resultan en síndromes de debilitamiento muscular", dice Rahman.
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Materiales proporcionado por UT Southwestern Medical Center . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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