Dentro de las células vegetales y animales, las proteínas motoras actúan como los motores en un sistema de trenes ocupado. Transfieren material en la célula de un lugar a otro. Y así como los trenes de cercanías recorren una ruta predecible en una dirección definida, su volumen deel transporte es acorde a la necesidad. En la hora pico, hay más trenes en funcionamiento. A la medianoche, no tiene sentido hacer trenes cada 10 minutos.
En una célula vegetal en crecimiento, las proteínas motoras llamadas kinesinas funcionan como transportadores que transportan materiales construidos en una parte de la célula al lugar donde se necesitan. Las kinesinas viajan a lo largo de pistas de polímeros conocidos como microtúbulos para llegar a donde van.la carga cuesta la energía y los recursos de la celda, y este proceso está estrechamente controlado para evitar el desperdicio.
Ahora los biólogos de la Universidad de Washington en St. Louis han descubierto al técnico de frenos moleculares que controla las kinesinas hasta que se necesite su carga.
La importación IMB4 es un regulador que controla una kinesina específicamente involucrada en la construcción de la pared celular de la planta. Funciona uniéndose físicamente a la kinesina, dijo Ram Dixit, profesor asociado de biología en Artes y Ciencias. IMB4 mantiene la kinesina en estado inactivoestado, protegiéndolo de la degradación mientras espera, y evita que la kinesina viaje a lo largo de un microtúbulo hasta que se necesite su carga. La nueva investigación se publica en la revista Célula del desarrollo .
"La pared celular es como el exoesqueleto de la planta, y su construcción es una de las funciones más importantes de la planta en crecimiento. Hemos identificado un regulador molecular clave que controla de cerca la deposición de la pared celular al unirse físicamente a una kinesina", dijo Dixit ".Todavía no sabemos qué señales hacen que IMB4 libere los frenos, pero ahora entendemos cómo retiene los kinesins hasta que se necesitan ".
motores listos
Una pared celular rígida es una inversión esencial y energéticamente costosa para una planta. La pared celular confiere resistencia y permite que la célula resista la presión de turgencia necesaria para el crecimiento.
adentro Arabidopsis plantas, la deposición de la pared celular depende de una kinesina-4, llamada Fragile Fiber 1 o FRA1. FRA1 se identificó hace más de una década, pero un estudio de 2015 en el laboratorio de Dixit confirmó que su movilidad y abundancia estaban correlacionadas con las tasas de crecimiento celular.
La becaria posdoctoral Anindya Ganguly, autora principal del artículo, estaba intrigada por lo que el equipo de investigación había visto. En células de tallos de plántulas en rápido crecimiento, vieron muchas kinesinas FRA1 moviéndose a lo largo de los microtúbulos. Pero más abajo en el tallo, donde las célulashabía dejado de alargarse, las proteínas motoras se habían ido.
"Al igual que en las horas pico, cuando las plantas crecen rápidamente, es necesario entregar una gran cantidad de material de la pared celular para mantenerse al día con el crecimiento", dijo Ganguly. "El transporte eficiente de alto volumen depende de tener muchas proteínas motoras.El regulador que descubrimos mantiene un excedente de estas proteínas transportadoras durante los tiempos de rápido crecimiento ".
Ganguly y sus coautores descubrieron que la importina IMB4 se une directamente al dominio motor de la kinesina FRA1. Luego, usando una combinación de análisis de mutantes, microscopía de FRA1 dentro de células vivas y bioquímica de proteínas, el equipo demostró que esta interacción inhibemovimiento de FRA1.
"Esta importación esencialmente atasca el motor, el motor de la kinesina", dijo Dixit. "Usted inhibe la movilidad en virtud de prohibir su asociación con su pista".
"El sitio donde creemos que se une, basado en algunos análisis que hicimos aquí, incluye aminoácidos que están muy conservados en otras familias de kinesina tanto en plantas como en animales", dijo Dixit. "Así que creemos que hay una buena posibilidad de queeste mecanismo podría ser de aplicación general "
hermana torcida
Con un control sobre IMB4, los investigadores ahora tienen una mejor comprensión del funcionamiento mecánico de los motores de deposición de la pared celular. Otro estudio publicado por el laboratorio Dixit este mes identifica un regulador involucrado en la construcción del andamio sobre el cual se mueven las kinesinas.
En este estudio, los investigadores examinaron un mutante Arabidopsis planta que muestra un patrón de crecimiento retorcido. Sus hojas y tallos se arremolinan sobre sí mismos; sus raíces están enredadas y sesgadas.
Estos llamados mutantes espirales sufren de microtúbulos desalineados las "huellas" que recorrieron las kinesinas en el otro estudio. En el mutante, se pensaba que las proteínas de corte cortaban y acortaban los microtúbulos en los puntos donde cruzan cada unootro.
Pero cuando Dixit y los becarios posdoctorales Yuanwei Fan y Graham Burkart se propusieron analizar la actividad intracelular en el mutante espiral, descubrieron un mecanismo más interesante y matizado. Es importante que descubrieran que la proteína SPR2 específica de la planta regula la dinámica del extremo negativode microtúbulos en el mutante.
Los microtúbulos tienen un extremo de crecimiento rápido y más dinámico, identificado como un extremo "positivo" y un extremo de crecimiento lento, menos dinámico "negativo". Los microtúbulos crecen y se contraen desde el lado positivo, mientras que el lado negativo generalmente ha sidoconsiderado estático en las plantas, hasta ahora.
Notablemente, en el espiral 2 mutante, los extremos negativos son extremadamente dinámicos y se acortan a tasas mucho más altas en comparación con las plantas de tipo salvaje.
"No solo descubrimos que esta proteína se localiza en el extremo negativo, en las plantas, y regula la dinámica del extremo negativo, sino que pudimos recapitular ese comportamiento in vitro", dijo Dixit. "Podemos decir que esta proteínay esta proteína sola es suficiente para localizar los extremos negativos, rastrear los extremos negativos y estabilizarlos ".
Curiosamente, la proteína vegetal SPR2 comparte algunas características con las proteínas de los mamíferos que estabilizan los extremos negativos de los microtúbulos en los tejidos que recubren las superficies de los órganos y las neuronas.
Este trabajo de microtúbulos por separado está financiado por los Institutos Nacionales de Salud y se publica en línea antes de la edición del 19 de marzo de la revista Current Biology.
Seguimiento de las formas y funciones de las celdas
En conjunto, esta nueva investigación sobre los reguladores de las proteínas motoras y los microtúbulos ayuda a explicar el funcionamiento interno de las células vegetales que da lugar a su forma y les permite alterar su crecimiento en respuesta a las señales ambientales y de desarrollo.
El trabajo sobre IMB4 y la kinesina FRA1 es parte del esfuerzo de Dixit con el Centro de Ingeniería Mecanobiológica CEMB, un centro de ciencia y tecnología financiado por la Fundación Nacional de Ciencias dirigido conjuntamente por la Universidad de Washington y la Universidad de Pennsylvania. Dentro de CEMB, Dixitlidera una cohorte de investigación centrada en determinar cómo las células se adaptan y cambian su entorno mecánico.
"El enfoque del centro es realmente descubrir, comprender y finalmente ser capaz de controlar el papel de las fuerzas mecánicas en los sistemas biológicos", dijo Dixit.
"Una de las características únicas del centro es que reúne los sistemas de plantas y animales. Eso no se había hecho antes", dijo Dixit. "La idea es que podamos descubrir algunos principios universales queson aplicables a ambos reinos "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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