Dentro de las células hay un extenso sistema de canales conocido como retículo endoplásmico (RE), que consta de tubos rodeados de membranas que se descomponen parcialmente según las necesidades, por ejemplo, en caso de falta de nutrientes. Como parte de este proceso, se forman protuberancias o protuberancias en la membrana, que luego se separan y se reciclan a través de la célula. Un estudio de la Universidad Goethe de Frankfurt examinó este proceso de difusión mediante simulaciones por ordenador. Hallazgos: Ciertos motivos estructurales de proteínas en la membrana del RE desempeñan un papel central en este proceso. El estudio se realizó como parte de la iniciativa del grupo “SCALE – Arquitectura subcelular de la vida”.
El retículo endoplasmático sirve 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 sus canalículos 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 del RE sobresale y finalmente se cierra formando una pequeña vesícula. Al mismo tiempo, a su alrededor se forma una especie de “bolsa de basura” celular interna, el autofagosoma. Luego se combina con otro recipiente que contiene enzimas altamente reactivas, que “trituran” el contenido de la “bolsa de basura” y lo reciclan.
“Sabemos desde hace muchos 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 de los túbulos del RE y contienen un ancla que se inserta en 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. “Utilizando complejas simulaciones en supercomputadoras, recientemente pudimos demostrar, en colaboración con otros grupos de investigación, que el anclaje hace que la membrana se doble”, afirma Bhaskra. En las condiciones que hemos demostrado en el presente estudio, esto puede provocar una expansión. que las estructuras filamentosas aumentan la probabilidad y aceleran significativamente la formación de tales protuberancias”.
Las proteínas forman una “carpa” aleatoria de aminoácidos.
La mayoría de las proteínas adoptan una forma tridimensional definida después de desplegarse: algunas partes forman estructuras helicoidales enrolladas, mientras que otras se pliegan hacia adelante y hacia atrás como fuelles de 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. Los tentáculos, sin embargo, consisten en largas cadenas de aminoácidos que se mueven hacia adelante y hacia atrás de forma en gran medida aleatoria, razón por la cual se les llama “regiones (proteicas) intrínsecamente desordenadas” o IDR, para abreviar. Estos movimientos extensos requieren espacio, que crean gracias a la membrana en la que están anclados. El Dr. Sergio Alejandro Poveda Cuevas, primer autor del estudio, enfatiza: “Esto agrega otro efecto:” Los IDR tienen secuencias cortas que pueden revertirse bajo ciertas condiciones. Pudimos demostrar que cuando hacen esto, golpean la membrana como si fuera un andamio, reforzando así su curvatura”.
Por lo tanto, el pellizco es el resultado de diferentes procesos finamente sintonizados, como lo demuestran las simulaciones: inicialmente, las regiones de anclaje de diferentes receptores de fagia ER se acercan entre sí. Este grupo aumenta la curvatura de la membrana debido a los receptores. Inicialmente, los tentáculos IDR están extendidos. Interactúan con la maquinaria de autofagia y la transportan a la membrana. Luego, los IDR se condensan en una estructura más compacta, expandiendo el bulto hasta que la membrana se cierra y la vesícula se empaqueta en un autofagosoma (“bolsa de basura”).
Los resultados pueden ser 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 para garantizar un funcionamiento fluido”, explica Bhaskara. Estos hallazgos son particularmente interesantes porque algunas enfermedades neurodegenerativas 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.
Este 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.
