Utilizando una combinación de técnicas avanzadas, investigadores de la Universidad de California en San Francisco (UCSF) y el Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) han identificado los elementos estructurales clave dentro de las proteínas piezoeléctricas que permiten la detección de fuerzas mecánicas. Sus hallazgos, publicados en la revista Nature el 8 de febrero de 2023, arrojan luz sobre los mecanismos fundamentales que subyacen a una clase crucial de proteínas sensoriales.
Las piezoproteínas son canales iónicos incrustados en las membranas de las células. Funcionan como sensores que convierten estímulos físicos en señales eléctricas. Estudios anteriores sugirieron que las piezoproteínas funcionan mediante el estiramiento de dominios específicos en respuesta a fuerzas mecánicas, similar al estiramiento de un resorte. Sin embargo, las características estructurales precisas responsables de este estiramiento aún no están claras.
Para abordar esta brecha de conocimiento, el equipo de investigación dirigido por el Dr. Ardem Patapoutian, un renombrado experto en el campo de la sensación táctil y las proteínas piezoeléctricas, llevó a cabo una serie de experimentos. Utilizaron microscopía crioelectrónica para capturar imágenes de alta resolución de proteínas piezoeléctricas en su estado natural. Esto les permitió visualizar la estructura tridimensional de estas proteínas con un detalle sin precedentes.
Su análisis reveló que las proteínas piezoeléctricas constan de múltiples regiones conocidas como "cuchillas" y "paletas". Estas estructuras actúan como palancas y compuertas, respectivamente. Cuando se aplican fuerzas mecánicas a las palas, estas se mueven, provocando un cambio en la conformación de las palas. Estos cambios conformacionales controlan la apertura y el cierre del canal iónico y, en última instancia, convierten la señal mecánica en eléctrica.
Los hallazgos del equipo suponen un gran avance en la comprensión de los mecanismos moleculares de las proteínas piezoeléctricas y su papel en la detección de fuerzas mecánicas. Este conocimiento no sólo profundizará nuestra comprensión de los procesos celulares fundamentales, sino que también podría abrir nuevas vías para intervenciones terapéuticas dirigidas a las proteínas piezoeléctricas y afecciones relacionadas, por ejemplo, en el tratamiento del dolor o la hipertensión.
Las investigaciones futuras se centrarán en perfeccionar aún más nuestra comprensión de las proteínas piezoeléctricas y sus interacciones con otros componentes celulares para desentrañar por completo las complejidades de la detección mecánica en células y tejidos.
