Utilizando una combinación de técnicas avanzadas, investigadores de la Universidad de California en San Francisco (UCSF) han descubierto los mecanismos fundamentales mediante los cuales las proteínas piezoeléctricas convierten señales mecánicas en señales eléctricas. Sus hallazgos, publicados en la revista Nature, arrojan luz sobre las bases moleculares de la sensación de presión y allanan el camino para posibles intervenciones terapéuticas dirigidas a las proteínas piezoeléctricas en diversas enfermedades.
Las piezoproteínas son canales iónicos que permiten que los iones fluyan a través de la membrana celular, alterando el potencial eléctrico de la célula. Estudios anteriores habían identificado las proteínas piezoeléctricas como componentes esenciales de las neuronas mecanosensoriales, que detectan y responden a estímulos mecánicos. Sin embargo, el mecanismo exacto por el que estas proteínas convierten la fuerza mecánica en señales eléctricas sigue siendo difícil de alcanzar.
En el estudio actual, los investigadores se centraron en Piezo1, una de las dos proteínas piezoeléctricas conocidas en los mamíferos. Utilizando microscopía crioelectrónica (cryo-EM), una técnica de vanguardia para visualizar proteínas a nivel atómico, los investigadores capturaron imágenes detalladas de Piezo1 en diferentes conformaciones. Esto les permitió identificar cambios estructurales clave que ocurren en respuesta a la fuerza mecánica.
Los investigadores descubrieron que Piezo1 está compuesto por tres palas que forman una estructura similar a una hélice. Cuando se aplica una fuerza mecánica, estas palas giran entre sí, lo que hace que el canal se abra y permita que los iones fluyan. Este cambio conformacional es desencadenado por una región específica de la proteína llamada "resorte de activación", que actúa como un interruptor molecular.
"Descubrimos que el resorte de apertura es un conector flexible que conecta dos de las cuchillas", explica el autor principal, el Dr. Yifan Cheng, profesor de farmacología celular y molecular en la UCSF. "Cuando se aplica fuerza, este conector se estira, lo que provoca la rotación de las palas y la apertura del canal".
Este estudio proporciona una base estructural para comprender cómo funcionan las proteínas piezoeléctricas como sensores mecánicos. Podría tener implicaciones para el desarrollo de fármacos que se dirijan a las proteínas piezoeléctricas para modular la mecanosensación, lo que podría conducir a nuevos tratamientos para afecciones como el dolor crónico, la pérdida de audición y las enfermedades cardiovasculares.
"Nuestros hallazgos mejoran nuestra comprensión de cómo funcionan las proteínas piezoeléctricas y abren nuevas vías para explorar el papel de estas proteínas en la salud y las enfermedades humanas", afirma el Dr. Cheng.
