En el interior de la célula existe un extenso sistema de canales conocido como retículo endoplásmico (RE), que consta de tubos rodeados de membranas que se desmantelan parcialmente en caso de necesidad, por ejemplo, en caso de falta de nutrientes. Como parte de este proceso, se forman protuberancias o protuberancias en la membrana, que luego la célula pellizca y recicla. Un estudio de la Universidad Goethe de Frankfurt examinó este proceso de protrusión mediante simulaciones por ordenador. Hallazgos: Motivos estructurales específicos de las proteínas en la membrana del RE desempeñan un papel central en este proceso. La investigación se llevó a cabo como parte de la iniciativa del grupo “SCALE – Arquitectura subcelular de la vida”.
El retículo endoplásmico actúa como reservorio de calcio y carbohidratos y también sirve como sitio de síntesis de diversas hormonas. Las células ajustan la expansión y la red de su sistema de canales internos según sea necesario. Un proceso conocido como ER-fagia (“ER-eating”) juega un papel central aquí. Durante este proceso, parte de la membrana del tubo ER se hincha y eventualmente se convierte en una pequeña vesícula. Al mismo tiempo, a su alrededor se forma una especie de “bolsa de basura” celular interna, el autofagosoma. Luego se fusiona con otro contenedor que contiene enzimas altamente reactivas, que “descomponen” el contenido de la “bolsa de basura” y lo reciclan.
“Sabemos desde hace varios años que proteínas específicas, conocidas como receptores de fagia ER, desempeñan un papel clave en este proceso”, explica el Dr. Ramachandra Bhaskara del Instituto de Bioquímica II de la Universidad Goethe. Estos receptores están ubicados en la membrana del tubo ER y consisten en un ancla que penetra la membrana. Unidas a este ancla hay dos largas hebras de proteínas que se extienden hacia afuera desde la superficie de la membrana como tentáculos flexibles. “Usando complejas simulaciones en supercomputadoras, recientemente hemos podido demostrar con otros grupos de investigación que el anclaje hace que la membrana se doble”, dice Vaskara, “en determinadas circunstancias puede provocar una protrusión. En el presente estudio hemos demostrado que la estructura filamentosa aumenta el potencial y significativamente. Tal hinchazón acelera la formación.”
Las proteínas forman “tentáculos” desordenados a partir de aminoácidos
La mayoría de las proteínas adoptan una forma tridimensional definida después de su producción: algunas partes forman estructuras helicoidales enrolladas, otras se pliegan hacia adelante y hacia atrás como el fuelle de un acordeón. Esto les da una forma compacta y relativamente rígida, que también se aplica a la región de anclaje de los receptores de fagia ER. Pero los tentáculos contienen largas cadenas de aminoácidos que oscilan de una manera bastante caótica, razón por la cual se les conoce como “regiones (proteicas) intrínsecamente desordenadas”, o IDR para abreviar. Estos movimientos extensos requieren espacio, que crean hinchando la membrana en la que están anclados. El Dr. Sergio Alejandro Poveda Cuevas, primer autor del estudio, destacó que “a esto se suma otro efecto: “Los IDR tienen secuencias cortas que pueden revertirse bajo ciertas condiciones. Pudimos demostrar que hacen esto durante la formación. Luego se anidan contra la membrana como un andamio, reforzando así su curvatura”.
Por lo tanto, el pellizco es el resultado de varios mecanismos finamente sintonizados, como lo demuestran las simulaciones: inicialmente, las regiones de anclaje de diferentes receptores de fagos ER interactúan entre sí. Esta agrupación aumenta la curvatura de la membrana causada por el receptor. Inicialmente, los tentáculos IDR se extienden. Interactúan con la maquinaria de autofagia y la dirigen a la membrana. Luego, los IDR se condensan en una estructura más compacta, hinchándose aún más hasta que la membrana se desprende y la vesícula se empaqueta en el autofagosoma (“bolsa de basura”).
Los resultados pueden resultar importantes para el tratamiento de determinadas enfermedades.
“Además de proporcionar información detallada sobre este importante proceso celular, nuestro estudio también muestra que los receptores IDR desempeñan un papel importante a la hora de garantizar un buen funcionamiento”, explica Vaskara. Estos hallazgos son particularmente interesantes porque algunas enfermedades neurológicas congénitas están asociadas con una alteración de la fagia ER. Una mejor comprensión de los procesos de degradación de las membranas algún día podría permitir una manipulación específica.
El estudio fue financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) en el marco del Centro de Investigación Colaborativa 1177 y por el proyecto del grupo ENABLE financiado por el Ministerio de Ciencia e Investigación, Arte y Cultura de Hesse.