El guardián de la fábrica de proteínas
¿Cómo se clasifican las proteínas en la célula? Un equipo internacional de investigación resuelve este rompecabezas de una década
Los investigadores resuelven el rompecabezas de más de 25 años sobre cómo se clasifican las proteínas en la célula. Un complejo proteico conocido como NAC (nascent polypeptide-associated complex) actúa como "guardián" en la síntesis de proteínas, regulando su transporte dentro de la célula. Los biólogos celulares y moleculares de Constanza han dilucidado ahora el mecanismo molecular de esta función en el marco de un proyecto de colaboración internacional.
Como un guardián, el NAC se asegura de que sólo las proteínas con destino al retículo endoplásmico pasen al transportador de proteínas SRP (partícula de reconocimiento de señales). La SRP media entonces el transporte de la "carga" al destino especificado. Si, por el contrario, una proteína naciente tiene un destino distinto al retículo endoplásmico, el gatekeeper NAC niega el acceso al transportador de proteínas SRP
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Para el mantenimiento de nuestras funciones celulares, es esencial que las proteínas sean transportadas a diversos destinos dentro de la célula -denominados "orgánulos celulares" en analogía con los órganos de nuestro cuerpo- mientras se están sintetizando. Pero, ¿cómo es posible distinguir entre los distintos destinos del transporte y evitar que las proteínas lleguen a los orgánulos equivocados? Un equipo internacional de investigadores ha descubierto ahora cómo se controla este complejo proceso a nivel molecular para un importante destino celular: el transporte de proteínas nacientes a una red de membranas de la célula, el retículo endoplásmico.
En su actual publicación en la revista Science, los investigadores han podido demostrar que un complejo proteico conocido entre los expertos como NAC, que fue descubierto hace más de 25 años, desempeña un papel decisivo en este proceso: Como un guardián, el NAC se encarga de que sólo las proteínas cuyo destino es el retículo endoplásmico pasen al transportador de proteínas SRP (partícula de reconocimiento de señales). La SRP media entonces el transporte de la "carga" al destino especificado. Si, por el contrario, una proteína naciente tiene un destino distinto al retículo endoplásmico, el guardián NAC niega el acceso al transportador de proteínas SRP.
Fábrica de proteínas
Utilizando el material genético como plano, cada minuto se producen miles y miles de nuevas proteínas en las células de nuestro cuerpo. Esta producción de proteínas tiene lugar en los ribosomas, las "fábricas" celulares de nuestro cuerpo, donde los aminoácidos individuales -los bloques de construcción de las proteínas- se ensamblan en largas cadenas de aminoácidos. Las proteínas resultantes pueden asumir posteriormente una gran variedad de funciones y, por tanto, tienen diferentes destinos dentro de la célula. Por ello, durante la producción de proteínas, los mecanismos de clasificación adecuados suelen garantizar que las proteínas lleguen a su respectiva ubicación dentro de la célula.
Hasta ahora se sabía que dos complejos proteicos, los ya mencionados NAC y SRP, desempeñan un papel importante en el transporte selectivo de las proteínas nacientes al retículo endoplásmico. La SRP es la verdadera "proteína de transporte" que establece el contacto de las proteínas nacientes con el ribosoma hacia el retículo endoplásmico. Reconoce una señal de transporte específica que está codificada en la proteína recién sintetizada. Sin embargo, hay un problema: la SRP también se une de forma no específica a los ribosomas que no tienen ninguna señal para el retículo endoplásmico.
"Sin control, la SRP se uniría a cualquier ribosoma cercano y lo transportaría al retículo endoplásmico, independientemente de si se está produciendo o no una proteína con ese destino. Esto daría lugar a innumerables entregas erróneas que perjudicarían gravemente la función y la viabilidad de la célula", explica Elke Deuerling, una de las autoras principales del estudio actual y profesora de Microbiología Molecular en la Universidad de Constanza. Por ello, los investigadores concluyen que existe una instancia de control que impide exactamente eso: el gatekeeper NAC.
Rastreando el mecanismo molecular
Hasta ahora no estaba claro cómo exactamente el NAC evita que el SRP se una de forma inespecífica a cualquier ribosoma a nivel molecular y, en cambio, asegura que sólo los ribosomas correctos sean transportados al retículo endoplásmico. Los biólogos de Constanza investigaron esta cuestión en su estudio actual en colaboración con colegas de la ETH de Zúrich (Suiza), el Laboratorio de Biología Molecular del MRC (LMB, Cambridge, Reino Unido) y los Institutos de Tecnología de California (Caltech, Pasadena, EE.UU.).
Para ello, primero simularon los procesos en la célula mezclando ribosomas purificados junto con NAC y SRP en el tubo de ensayo. A continuación, la mezcla se congeló a menos de -150 °C y la muestra se examinó con un microscopio electrónico, un método conocido como criomicroscopía electrónica. Esto permitió a los biólogos estructurales Dr. Ahmad Jomaa y Dr. Viswanathan Chandrasekaran, coautores del estudio, revelar cómo la NAC se une a los ribosomas antes y después de la transferencia de la carga a la SRP. Esto supuso una importante piedra angular para dilucidar el mecanismo del gatekeeper, pero la transición entre los estados seguía sin estar clara.
"La transición es un proceso muy dinámico que no puede visualizarse mediante criomicrografía", explica el Dr. Martin Gamerdinger, uno de los autores principales de la Universidad de Constanza. Para entender este proceso, él y su equipo, los investigadores de doctorado Annalena Wallisch y Zeynel Ulusoy, realizaron estudios de unión bioquímica de alta resolución que revelaron con detalle el mecanismo de interacción del NAC en los ribosomas en función del tipo de proteína sintetizada.
El NAC como guardián de la puerta
Gracias a este método y a la reconstrucción asistida por ordenador de las estructuras tridimensionales, así como a los experimentos realizados por el Dr. Hao-Hsuan Hsieh sobre la fuerza de unión entre los componentes implicados, los investigadores consiguieron descifrar el funcionamiento del NAC a nivel molecular. Basándose en sus resultados, pudieron sugerir un mecanismo molecular detallado para la función clasificadora de la NAC.
Según éste, el NAC se une al ribosoma, concretamente a la sección en la que la proteína naciente sale de la "fábrica de proteínas". Como un guardián, una parte de la NAC se sitúa de forma protectora delante de esta salida, el túnel ribosómico, y niega el acceso de la SRP al ribosoma y a la proteína naciente. El acceso sólo se concede cuando una secuencia de señal de transporte para el retículo endoplásmico -codificada en la proteína naciente- sale del túnel en el curso de la síntesis de la proteína. La NAC reconoce esta señal y cambia su posición en el ribosoma. De este modo, la salida del túnel ribosómico se desbloquea y la SRP puede ahora acoplarse a la salida del túnel tras ser reclutada activamente al ribosoma a través de un "brazo de agarre" de la NAC, es decir, el dominio UBA. Tras la unión de SRP y la transferencia de la secuencia de señal, el ribosoma, junto con la proteína naciente, es transportado al retículo endoplásmico.
"Nuestro estudio revela la función molecular de la NAC como guardián de la puerta, concediendo a la SRP sólo el acceso a aquellas proteínas nacientes cuyo destino es el retículo endoplásmico", resume la profesora Elke Deuerling sobre este mecanismo de control fundamental. Coincide con sus socios de cooperación internacional, el profesor Nenad Ban (ETH Zúrich, Suiza), el profesor Shu-ou Shan (Caltech, Estados Unidos) y el profesor Ramanujan Hegde (MRC-LMB, Reino Unido): "Los estudios futuros tendrán que demostrar si el NAC tiene también otras funciones de control en el túnel ribosómico".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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