Un subconjunto de complejos de proteínas cuyo papel durante mucho tiempo se pensó que consistía solo en la degradación química y el descarte de proteínas que las células ya no necesitan parece desempeñar también un papel en el envío de mensajes de una célula nerviosa a otra, informan investigadores de Johns Hopkins Medicine.
Un resumen de la investigación sobre los llamados proteasomas, realizada en cultivos de células animales y tejido cerebral, se publica en la edición de abril de Naturaleza, biología estructural y molecular .
Los investigadores dicen que el trabajo podría abrir nuevos caminos en la investigación sobre el aprendizaje, la memoria y las enfermedades cerebrales.
En 1980, investigadores de Israel y Estados Unidos descubrieron los proteasomas y su papel en la descomposición de las proteínas, un trabajo que les valió el Premio Nobel de Química en 2004. Se pensó que se limitaba al citoplasma o al interior de las células fuera deEl núcleo, los proteasomas han sido considerados parte del sistema de "eliminación de basura" de las células, explica Kapil V. Ramachandran, un estudiante de doctorado en el Departamento de Química Biológica de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins.
"Una vez que las proteínas no deseadas se entregan a los proteasomas, estos complejos grandes actúan como una trituradora de papel. Cortan las proteínas en pedazos pequeños", explica. Estas piezas se reutilizan para producir nuevas proteínas, agrega Ramachandran. "Es básicamente una forma dereciclaje de proteínas en las células "
Debido a que este proceso lleva horas o días en completarse, dice Seth S. Margolis, Ph.D., profesor asistente de química biológica y neurociencia en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, el bloqueo de la actividad de los proteasomas con inhibidores químicos no debería afectarcualquier función celular a más corto plazo. Sin embargo, investigaciones previas han demostrado que estos inhibidores químicos pueden afectar rápidamente la señalización a través de las neuronas en segundos.
Preguntándose si algunas suposiciones tradicionales sobre los proteasomas podrían estar equivocadas, Ramachandran y Margolis primero buscaron si los proteasomas podrían ubicarse más allá del citoplasma. Utilizando un método llamado microscopía inmunoelectrónica para examinar proteínas marcadas por anticuerpos en las células, buscaron proteasomasen neuronas de ratón cultivadas.
Para su sorpresa, dice Margolis, encontraron algunos proteasomas incrustados en las membranas de las células, un lugar donde estos complejos de proteínas no se habían visto antes, según su conocimiento. Varias otras pruebas bioquímicas, como el fraccionamiento de membrana, una técnica enque los investigadores separaron la membrana de otras partes de la célula y observaron qué componentes están presentes, confirmaron estos hallazgos.
"Desmontar todo el sistema nos permitió confirmar que esto era lo que realmente estábamos viendo", dice Margolis.
Luego, los investigadores centraron su atención en averiguar qué estaban haciendo estos proteasomas en esta ubicación inusual. Sabiendo que los proteasomas generalmente degradan las proteínas, los investigadores aplicaron aminoácidos radioactivos, componentes que componen las proteínas, a las neuronas para etiquetar las proteínas producidas en el interiorneuronas
Los enfoques bioquímicos mostraron que estos aminoácidos se incorporaron a todas las proteínas. Poco después, los péptidos pequeñas unidades de proteínas que transportaban estos aminoácidos radiactivos se bombearon al exterior de las células. Cuando los investigadores trataron las neuronas con un inhibidor químico que solobloquearon el proteasoma de la membrana, vieron que este inhibidor bloqueó esta liberación de péptidos fuera de la célula. Esto sugirió que el proteasoma unido a la membrana había degradado las proteínas marcadas y las había expulsado al exterior de la célula.
Cuando los investigadores trataron grupos de neuronas con su inhibidor químico de los proteasomas unidos a la membrana neuronal, encontraron que la señalización de calcio entre estas células salió mal. Debido a que la señalización de calcio es esencial para las comunicaciones de célula a célula, estos resultados sugirieron queLos péptidos expulsados podrían ser importantes para la mensajería celular, dice Margolis. Efectivamente, señala, cuando él y Ramachandran trataron las neuronas con péptidos purificados expulsados de los proteasomas, las células comenzaron a señalizar rápidamente.
Juntos, dicen los investigadores, estos hallazgos sugieren que el proteasoma unido a la membrana neuronal es de vital importancia para la señalización celular. Sus experimentos plantean una serie de nuevas preguntas sobre qué proteínas específicas este complejo está degradando, qué compuestos está expulsando y qué sucedecuando este sistema se descompone, dice Ramachandran. Él y Margolis, dice, ya están descubriendo vínculos entre fallas en este sistema y enfermedades neurológicas, como la neurodegeneración.
"Siendo realistas, comprender las diferentes facetas de este proteasoma recién descubierto podría llevar toda una vida en resolverse", dice.
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Materiales proporcionado por Medicina Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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