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CLas células del cuerpo humano están hechas para moverse. Se ensamblan durante el desarrollo del embrión, migran para reparar tejidos, cazan patógenos y realizan una serie de otras tareas que requieren viajar. Como parte del citoesqueleto, los filamentos de actina ayudan a mantener la forma de la célula, pero también ayudan a que la célula se mueva y se divida. Gran parte de esto lo hacen mediante la cinta rodante, un proceso en el que se añaden monómeros de actina a un extremo del filamento y se eliminan del otro extremo. Esto empuja la membrana celular interna y hace que la célula gire en una dirección. Según el dogma, estos monómeros normalmente se añaden a un solo extremo del filamento de actina, llamado extremo con púas, y se retiran del extremo opuesto, llamado extremo puntiagudo. La proteína asociada a ciclasa (CAP), que ayuda a desmontar los extremos puntiagudos del filamento, es una de las proteínas más importantes involucradas en este proceso de carrera.

en un nuevo preimpresión Publicado en bioRxiv, investigadores de la Universidad de Emory demostraron que CAP también ayuda a desmontar o despolimerizar los extremos con púas.1 Estos hallazgos respaldan y amplían los resultados de otro papelpublicado recientemente por un grupo diferente en 2023, que demostró que la tasa de despolimerización de los extremos con púas in vitro cambiaba según la concentración de CAP.2 Sin embargo, los investigadores responsables del artículo anterior no observaron directamente las interacciones CAP-actina. En el presente estudio, el equipo de Emory observó CAP en acción, visualizando directamente la proteína aterrizando en los extremos de púas de los filamentos, que luego se despolimerizaron rápidamente.

Los coautores Ekram Towsif y Shashank Shekhar descubrieron que la dinámica de la actina puede ser más complicada de lo que los investigadores pensaban anteriormente.

Ekram TowsiF

«Creo que juntos, los dos artículos cambian lo que creemos que está sucediendo en el fondo», dijo Jeffrey Michael Campobiólogo molecular de la Universidad de Pensilvania que descubierto CAP en 1990 y no participó en este estudio.3 «Lo que esto muestra es que en realidad hay maquinaria para despolimerizar en el extremo con púas… como si hubiera una marcha atrás».

«En una célula,… se descomponen las redes antiguas para poder formar redes nuevas», dijo el coautor del estudio. Shashank Shekhar, biofísico de la Universidad Emory. «Nuestra pregunta realmente ha sido: ¿cómo rompe la célula las viejas redes de actina?» Para investigar el desmontaje de estas viejas redes, estudiante de posgrado Ekram Towsif fijó filamentos de actina a un cubreobjetos con los extremos con púas flotando libremente. Pasó un tampón que contenía CAP a través del sistema a través de algunos filamentos de actina y un tampón puro a través de los demás. Descubrió que los extremos con púas de los filamentos expuestos a CAP se despolimerizaban más rápido que los filamentos de control.

A continuación, los investigadores exploraron con mayor detalle los mecanismos de despolimerización mediada por CAP. CAP tiene dos mitades que funcionan de forma autónoma, N-terminal (N-CAP) y C-terminal (C-CAP). Normalmente, N-CAP controla la despolimerización en el extremo puntiagudo, pero el equipo quería saber si también despolimerizaba el extremo con púas. Pusieron los extremos con púas libres en solución con N-CAP, C-CAP o la proteína completa y descubrieron que C-CAP y CAP de longitud completa aumentaban la despolimerización en más de cuatro veces, mientras que N-CAP no hacía nada. Además, debido a que hay dos dominios de unión a actina en el extremo C-terminal, la homología WASP 2 (WH2) y CAP y la proteína de retinitis pigmentosa 2 ligada al cromosoma X (CARP), el equipo expresó los péptidos de cada uno y descubrió que WH2 era necesario para la despolimerización del extremo con púas, mientras que CARP no lo era, lo que muestra una imagen más clara de cómo C-CAP despolimeriza el extremo con púas.

Luego, el equipo utilizó microscopía de molécula única para observar los CAP individuales en acción. Visualizaron CAP etiquetado y vieron que se asociaba directamente con los extremos púas de los filamentos de actina; los filamentos con CAP fluorescente se despolimerizaron rápidamente, mientras que los que no tenían CAP se despolimerizaron lentamente. «Se ve que un filamento que se estaba despolimerizando lentamente comienza inmediatamente a despolimerizarse rápidamente tan pronto como se ve una molécula de CAP en el extremo», dijo Shekhar. Este es un paso adelante con respecto al artículo de 2023, donde los investigadores infirieron que CAP causó la despolimerización, pero No visualizó directamente el proceso.

Varias barras verdes horizontales con puntas rojas se acortan progresivamente con el tiempo.

Tan pronto como una molécula CAP (roja) aterriza en el extremo con púas de un filamento de actina (verde), comienza a despolimerizarlo.

Ekram Towsif

Finalmente, el equipo de Shekhar quería saber cómo afectaba la CAP a la actividad de otras proteínas reguladoras de la actina, como la formina, que ayuda a polimerizar el extremo con púas, y la proteína de protección, que detiene el alargamiento del filamento. Los investigadores descubrieron que CAP reducía la vida útil de la proteína protectora en el extremo con púas. Por el contrario, cuando CAP colocalizó con formina, aumentó el tiempo que la formina permaneció en el extremo con púas. Sin embargo, la formina hizo que los filamentos crecieran al mismo ritmo, estuviera presente o no CAP.

El resultado de la formina difiere de los hallazgos del artículo de 2023, que encontró que CAP promueve la disociación de la formina de los extremos con púas. Guillaume Romet-Lemonne, biólogo molecular del Institut Jacques Monod, cuyo laboratorio de dinámica de actina utiliza las mismas técnicas que las de este artículo pero que no participó en la investigación, dijo que es importante comprender por qué los dos grupos de investigación obtuvieron resultados diferentes. “Primero buscaría pequeños detalles en el tampón, la preparación y la temperatura. Podría haber cosas menores como esta que podrían terminar teniendo un gran efecto… Puede ser que ambos tengan razón y haya una diferencia escondida en los detalles que resulte súper interesante. En este momento simplemente no lo sabemos», afirmó Romet-Lemonne.

Field enfatizó que la preimpresión debe someterse a una revisión por pares y que también es necesario estudiar este proceso in vivo. “Necesitamos regresar a la celda y validar nuestros hallazgos. Ése es mi próximo gran objetivo”, afirmó Shekhar.

Referencias

  1. Towsif E, Shekhar S. La proteína asociada a ciclasa es una depolimerasa procesiva anti-captación profórmica de extremos puntiagudos y con púas de actina.. bioRxiv. 2023;2023.11.30.569482.
  2. Alimov N, et al. La proteína asociada a la ciclasa interactúa con los extremos de púas de los fragmentos de actina para promover la despolimerización y el desplazamiento de la formación.. J Biol Chem. 2023;299(12):105367.
  3. Campo J, et al. Clonación y caracterización de CAP, el gen de S. cerevisiae que codifica la proteína asociada a adenilil ciclasa de 70 kd. Celúla. 1990;61(2):319-327.