Muchos anfibios y peces pueden cambiar su color para adaptarse mejor a su entorno. Los científicos con sede en Munich ahora han investigado los mecanismos moleculares en el citoesqueleto necesarios para esto y han revelado posibles caminos evolutivos.
Todas las células de los organismos superiores están impregnadas por un citoesqueleto que consiste esencialmente en filamentos de actina y pequeños tubos de proteínas llamados microtúbulos. Durante mucho tiempo la ciencia consideró las redes de actina o microtúbulos como sistemas independientes.
Hoy se sabe que los dos tipos de red se comunican entre sí y, por lo tanto, hacen posibles procesos celulares vitales como la división celular o la migración celular. Sin embargo, todavía se desconocía cómo funciona esta colaboración a nivel molecular.
El Dr. Zeynep Ökten de la Cátedra de Biofísica Molecular de la Universidad Técnica de Múnich TUM y Erwin Frey, Profesor de Física Estadística y Biológica de la Universidad Ludwig-Maximilians-Universität München - con sus equipos - tienen ahora para elLa primera vez identificó un mecanismo molecular mediante el ejemplo del cambio de color entre los animales, lo que explica la comunicación entre ambos sistemas de red y reveló posibles caminos evolutivos.
vías de transporte en la celda
Muchos componentes funcionales de una célula, como los orgánulos, deben llevarse al lugar correcto en el momento adecuado de la célula. Para este propósito, los motores moleculares los transportan activamente en los microtúbulos y los filamentos de actina.
Los estudios han demostrado que los motores que durante mucho tiempo se consideraron altamente específicos para uno de los dos sistemas de red en realidad también pueden redirigirse al otro tipo de filamento. En ratones, por ejemplo, los científicos encontraron una proteína adaptadora que regula esta redirección.
La miosina transporta su carga a través de la red de actina, pero la proteína adaptadora también interactúa con los microtúbulos y puede redirigir el transporte en esta red. La red preferida se controla mediante una modificación química a un sitio de unión específico de la proteína adaptadora.
proteína adaptadora con modo de desplazamiento
Los peces y los anfibios también tienen una proteína correspondiente al adaptador de los mamíferos. Los peces y anfibios evolutivamente más viejos la usan para adaptar su color de piel a factores ambientales al redirigir los orgánulos de pigmento dentro de células especializadas.
Es por eso que el equipo de investigación usó pez cebra y ranas con garras para investigaciones experimentales en el laboratorio de Ökten para examinar el origen y los mecanismos moleculares de interacción entre la red de microtúbulos y la red de actina.
Evolución de un interruptor molecular
Los científicos descubrieron que la proteína adaptadora de ratón y la proteína adaptadora de rana con garras tienen un dominio específico que permite el cambio entre el transporte de actina y los microtúbulos.
El pez cebra, el más evolucionado de los animales examinados, todavía no tiene este dominio. "Aquí las proteínas motoras que mueven los pigmentos orgánulos están sujetas a diferentes mecanismos reguladores, y no hay interacción entre las diferentes redes del citoesqueleto", dice Ökten.
"En cambio, el cambio entre las redes es absolutamente necesario entre las ranas con garras para que el animal pueda cambiar de color, y esta capacidad de cambio también se ha conservado en el curso posterior de la evolución de anfibios a vertebrados superiores", explica Öktenmás lejos.
El modelo teórico explica la redistribución del pigmento
Además, los resultados experimentales mostraron que las señales ambientales que provocan la redistribución de los orgánulos de pigmento en el organismo de las ranas con garras están asociadas con un cambio de probabilidad con el cual las proteínas motoras individuales de los filamentos de actina cambian a los filamentos de los microtúbulos.
"Hemos desarrollado un modelo teórico que correlaciona la probabilidad de cambio de una proteína motora individual con la redistribución de organelos de pigmento en toda la célula", dice Frey. Las simulaciones por computadora revelaron que la variación de la probabilidad de cambio es en realidad suficiente como el único parámetro paraproporcionar una redistribución de orgánulos en las celdas simuladas.
"Es notable que nuestras simulaciones reflejan notablemente con precisión la redistribución de los orgánulos observados en el organismo vivo", dice Frey. "Como resultado, el enfoque teórico subraya la importancia funcional de los resultados experimentales y muestra que la interacción entre la red de actinay la red de microtúbulos, que se ha desarrollado entre los vertebrados inferiores, exhibe una eficiencia reguladora particularmente alta ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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