Se requieren algunos ensamblajes: cómo construir una máquina celular

Mientras lee esto, los millones de células que componen su cuerpo están trabajando. Dentro de cada célula hay una ráfaga de actividad que lo mantiene vivo, principalmente impulsado por maquinaria compuesta de proteínas. Algunas de estas máquinas proteicas son tan importantes para los seres vivos que no han cambiado durante millones de años de evolución.

Una de estas máquinas celulares antiguas es el complejo de proteínas de la membrana del retículo endoplásmico (EMC), que se encuentra en todos los eucariotas, desde los hongos hasta los insectos, desde los ratones hasta los humanos. Con la forma de una especie de tubo con nudos, EMC actúa como una puerta de entrada entre el interior de la célula y la membrana exterior de la célula y actúa como una especie de control de límites a través del cual solo pueden pasar ciertas proteínas. EMC interactúa con proteínas involucradas en una amplia gama de procesos importantes, como la regulación de la presión arterial y la frecuencia cardíaca, y los niveles de neurotransmisores como la serotonina y la dopamina.

Ahora en un nuevo artículo publicado en la edición de julio de la revista Célula molecular, los investigadores describen cómo la célula ensambla EMC a partir de otras nueve estructuras proteicas más pequeñas, o subunidades, que encajan perfectamente. La investigación se llevó a cabo en el laboratorio Caltech de Rebecca Voorhees, profesora asistente de biología e ingeniería biológica e investigadora del Heritage Medical Research Institute.

La celda crea por separado cada una de las nueve subunidades EMC; Para formar EMC, estas proteínas separadas deben encontrarse en la relativa vastedad de la célula y ensamblarse. Por analogía, imagine armar una cómoda IKEA con sus componentes separados: cajones (que también deben ensamblarse primero), cuerpo, tornillos, perillas, etc. Cada pieza tiene un lugar específico en toda la estructura. En una investigación publicada el año pasado, el laboratorio de Voorhees creó las primeras imágenes de la EMC con detalle a nivel atómico, revelando el diseño de la instalación.

El ensamblaje de EMC debe realizarse rápidamente, porque si una celda detecta que una subunidad huérfana ha estado inactiva durante demasiado tiempo, es probable que los procesos de control de calidad la destruyan, de la misma manera que podría desechar cualquier tornillo adicional que quede de su ensamblaje. IKEA .

«EMC es esencial en todos los organismos eucariotas», dice Voorhees. «Si la EMC no puede ensamblarse por sí misma, el organismo no sobrevivirá».

Para ayudarlos a unirse para formar EMC, cada subunidad tiene ubicaciones específicas en su superficie, llamadas sitios de unión, donde se une a otras proteínas de subunidad específicas. Pero cuando flota alrededor de la célula esperando conectarse con sus contrapartes, una subunidad es vulnerable a la unión accidental con otras proteínas que también están disueltas dentro de la célula. Por analogía, imagine usar un imán para buscar una aguja en un pajar; Si hay otros objetos metálicos dentro del pajar que pueden adherirse a su imán y cubrir su superficie, evitando que se pegue con la aguja que está buscando, es posible que nunca lo encuentre. Por lo tanto, las subunidades de EMC (y otras proteínas) necesitan una forma de seleccionar sus sitios de unión hasta que estén listas para unirse con los socios correctos.

Aquí es donde entran en juego las proteínas llamadas factores de ensamblaje. Una proteína de factor de ensamblaje cubre y protege físicamente los sitios de unión sensibles, pero no se queda atrapada en ellos para siempre. Se desprenderá, como una cinta, cuando la subunidad encuentre una proteína correcta con la que unirse, y luego las dos proteínas se «pegarán» juntas en el sitio de unión.

Este proceso de ensamblaje de varios pasos es un objetivo de investigación importante para el laboratorio de Voorhees. En el nuevo estudio, el equipo tenía como objetivo determinar cómo se ensambla correctamente la EMC. El grupo se centró específicamente en una subunidad, EMC2, que sirve como columna vertebral de la compleja arquitectura de EMC, ya que se une a seis de las otras ocho subunidades de EMC.

En este trabajo, el equipo descubrió que otra proteína, llamada WNK1, actúa como un factor de ensamblaje para EMC2, protegiendo temporalmente sus sitios de unión sensibles hasta que pudiera encontrarse con otras subunidades de EMC. Esto fue sorprendente: aunque se sabe que WNK1 desempeña varios papeles importantes en la célula (las mutaciones en WNK1 conducen a hipertensión congénita, por ejemplo), no había indicios de que protegiera los sitios de unión en EMC2.

WNK1 es una proteína relativamente grande y la mayoría de los investigadores se han centrado en estudiar una pequeña región de la proteína llamada quinasa, que cataliza reacciones. Pero WNK1 también tiene una «cola» larga, cuyo propósito no se ha entendido. Esta nueva investigación muestra que parte de la cola es responsable de la cobertura del sitio de enlace EMC2.

«La gente ha estado estudiando el dominio de la quinasa durante años, pero nadie sabía realmente qué estaba haciendo la cola de WNK1», explica Voorhees. “La cola es aproximadamente 10 veces más pesada que la región de la quinasa, por lo que es enorme en comparación con la parte que entendemos. Fue sorprendente para nosotros descubrir que una pieza de cola es lo que une a EMC2. Era una pieza a la que nunca antes se le había atribuido ninguna función, pero que se encuentra en todos los eucariotas superiores. En el trabajo futuro, estamos realmente interesados ​​en comprender por qué WNK1 está involucrado en EMC de esta manera «.

El artículo se titula «WNK1 es un factor de ensamblaje para el complejo proteico de la membrana del ER humano». El primer autor es el becario postdoctoral Tino Pleiner. Además de Pleiner y Voorhees, los coautores son los estudiantes graduados Masami Hazu y Giovani Pinton Tomaleri, el ex científico del personal Kurt Januszyk, el gerente de laboratorio Robert Oania, el ex bioinformático senior Michael Sweredoski, la ex directora senior de laboratorio Annie Moradian y la ex investigadora visitante Alina Guna. Los fondos fueron proporcionados por la Heritage Medical Research Foundation, la Kinship Foundation, la Pew-Stewart Foundation y el National Institutes of Health’s National Institute of General Medical Sciences.