Un nuevo estudio de ingenieros del MIT revela cómo un pequeño motor proteico camina a lo largo de una autopista celular, transportando carga y generando fuerza. El estudio, publicado en la revista Nature Communications, podría conducir a nuevas formas de tratar enfermedades que implican el mal funcionamiento de las proteínas motoras.
La proteína motora, llamada kinesina-1, es responsable de transportar cargas importantes por toda la célula. Se mueve a lo largo de microtúbulos, que son filamentos largos y delgados que forman el citoesqueleto de la célula. Kinesin-1 utiliza energía del ATP, la moneda energética de la célula, para avanzar a lo largo del microtúbulo, llevando consigo su carga.
El equipo del MIT utilizó una combinación de pinzas ópticas e imágenes de una sola molécula para estudiar cómo se mueve la kinesina-1. Descubrieron que la proteína realiza un movimiento "mano sobre mano", usando una cabeza para unirse al microtúbulo mientras la otra cabeza se balancea hacia adelante para dar el siguiente paso.
"Pudimos ver a la proteína motora tomar pasos individuales, algo que nunca antes se había visto", dice el autor principal del estudio, James Lockhart, postdoctorado en el Departamento de Ingeniería Biológica. "Esto nos permitió obtener una comprensión detallada de cómo la kinesina-1 genera fuerza".
Los investigadores descubrieron que la kinesina-1 genera fuerza al doblar el cuello. Cuando el cuello está doblado, empuja la carga hacia adelante. El equipo también identificó un residuo específico en el cuello de la kinesina-1 que es esencial para la generación de fuerza.
"Este residuo es como un trinquete", dice la autora principal del estudio, Catherine D. Fuh, profesora asociada de ingeniería biológica. "Permite que la kinesina-1 avance a lo largo del microtúbulo, pero evita que retroceda. Esto es importante porque garantiza que la carga se transporte en la dirección correcta".
Los hallazgos del estudio podrían conducir a nuevas formas de tratar enfermedades que implican un mal funcionamiento de las proteínas motoras. Por ejemplo, los defectos en la cinesina-1 se han relacionado con enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson. Al comprender cómo funciona la kinesina-1, los investigadores podrán desarrollar medicamentos que puedan corregir estos defectos y mejorar los resultados de los pacientes.
"Nuestro estudio proporciona una nueva comprensión de cómo las proteínas motoras generan fuerza", afirma Fuh. "Este conocimiento podría utilizarse para desarrollar nuevos tratamientos para una variedad de enfermedades".
El artículo, "Visualización de una sola molécula de la kinesina-1 pisando microtúbulos", se publicó en la revista Nature Communications el 11 de julio de 2019. El equipo de investigación incluyó a James Lockhart, Catherine D. Fuh y Michelle A. Kinney del MIT; y John M. Scholey de la Universidad de California, Davis.
La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud y la Asociación de Distrofia Muscular.
