Identificada una nueva proteína reguladora del citoesqueleto neuronal
El crecimiento y la función de las células nerviosas se basan en una estructura en forma de celosía denominada esqueleto periódico asociado a la membrana (MPS). Sin embargo, hasta ahora no se había dilucidado cómo se controla la organización del MPS. Un equipo de los Institutos Max Planck de Investigación Médica y de Ciencias Multidisciplinares ha descubierto ahora que está regulada por la concentración de la proteína paralemmina-1.
Identificada la función clave de la paralemmina-1
La naturaleza ha desarrollado una estructura única como andamiaje para casi todas las células nerviosas: el esqueleto periódico asociado a la membrana, MPS. Esta estructura citoesquelética especializada se encuentra debajo de la membrana celular y está formada por numerosas proteínas en disposición periódica. El MPS interviene en diversos procesos celulares, como la señalización intercelular e intracelular. Hasta la fecha, se han identificado muchas proteínas que interactúan con el MPS, pero los mecanismos que subyacen a su organización aún no se conocen del todo.
"Nuestro trabajo comenzó con la pregunta de si la paralemmina-1 está asociada al MPS en las neuronas", explica Víctor Macarrón-Palacios, del Instituto Max Planck (MPI) de Investigación Médica de Heidelberg. "Al final, pudimos demostrar que la paralemmina-1 sí está asociada y que además desempeña un papel clave: Regula la organización del MPS".
La nanoscopia aporta información crucial
Visualizar el MPS no es posible con las técnicas de microscopía convencionales, sólo con la nanoscopía. Para su estudio, los científicos del MPI for Medical Research utilizaron nanoscopía de fluorescencia de última generación: la microscopía STED- y MINFLUX por la que el director del Max Planck, Stefan Hell, recibió el Premio Nobel de Química en 2014.
Una colaboración entre el MPI de Investigación Médica y el MPI de Ciencias Multidisciplinares de Gotinga condujo a este exitoso proyecto. Manfred W. Kilimann, profesor universitario jubilado e investigador invitado en el MPI de Ciencias Multidisciplinares, inició el estudio y puso a disposición del equipo de Heidelberg dirigido por Elisa D'Este los resultados y materiales recopilados en su laboratorio. Esto permitió a Víctor Macarrón-Palacios investigar el citoesqueleto neural en su tesis doctoral. Estos descubrimientos se complementaron además con técnicas bioquímicas y con la experiencia y el apoyo de todo el equipo científico: un ejemplo perfecto de colaboración interdisciplinar y sinergia entre los dos institutos. A este trabajo de investigación contribuyeron también científicos de las universidades de Heidelberg y Uppsala (Suecia).
Los investigadores pudieron demostrar que la concentración de paralemmina-1 tiene una importancia fundamental para controlar la organización a nanoescala del andamiaje periódico del citoesqueleto: "Niveles altos de paralemmina-1 dan lugar a una disposición periódica extremadamente apretada, mientras que niveles más bajos conducen a un MPS mal organizado", informa Manfred W. Kilimann. Además, la ausencia de paralemmina-1 afecta a las propiedades electrofisiológicas de las neuronas, concretamente a la transmisión de señales eléctricas entre ellas. El equipo también pudo demostrar que la capacidad de la paralemmina-1 para cumplir su función depende de un único aminoácido triptófano, el W54.
Un conocimiento más profundo de la familia de proteínas paralemmina y MPS
"Estudiando la paralemmina-1, hemos identificado un mecanismo que regula la estructura fina del MPS en las neuronas", explica Víctor Macarrón-Palacios. En este proceso, paralemmin-1 se une a la proteína ßII-espectrina, un componente importante del citoesqueleto neuronal, en un dominio que es propenso a sufrir mutaciones. Estas mutaciones son responsables de trastornos neurológicos del desarrollo en humanos. La función y la regulación del MPS apenas están empezando a esclarecerse.
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Publicación original
Victor Macarrón-Palacios, Jasmine Hubrich, Maria Augusta do Rego Barros Fernandes Lima, Nicole G. Metzendorf, Simon Kneilmann, Marleen Trapp, Claudio Acuna, Annarita Patrizi, Elisa D’Este, Manfred W. Kilimann; "Paralemmin-1 controls the nanoarchitecture of the neuronal submembrane cytoskeleton"; Science Advances, Volume 11
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