Los canales de iones en las vesículas de membrana que median el transporte de proteínas intracelulares juegan un papel crucial en la fisiología celular. Un método desarrollado por un equipo de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) en Munich permite ahora estudiarlos con mayor especificidad que nunca.

Pequeñas vesículas unidas a la membrana, conocidos como endosomas y lisosomas, sirven como vehículos para el transporte de cargas de proteínas dentro de las células animales. Incrustadas en las membranas de las vesículas hay proteínas llamadas canales iónicos, que controlan el paso de partículas atómicas cargadas eléctricamente ('iones') dentro y fuera de estos orgánulos intracelulares. Los defectos en estas proteínas juegan un papel central en la patogenia de muchas enfermedades, y la disección de sus funciones moleculares es vital para el desarrollo de terapias efectivas para estos trastornos. El PD Christian Grimm y el profesor Christian Wahl-Schott del Departamento de Farmacia (Director:profesor Martin Biel) de LMU Munich se encuentran entre los principales especialistas europeos en el uso de la técnica denominada patch-clamp para el estudio de los canales iónicos en las membranas celulares. . En el último número de la revista Protocolos de la naturaleza , describen cómo han adaptado el método para su uso con vesículas endolisosomales. En un segundo estudio, publicado en la revista Cell Chemical Biology, continúan demostrando cómo el pinzamiento de parche se puede aplicar a clases funcionales específicas de vesículas de transporte. Este avance abre perspectivas completamente nuevas para la caracterización de los canales iónicos y los mecanismos que los regulan.

El sistema endolisosómico se compone de tres clases distintas de endosomas:temprano, endosomas tardíos y de reciclaje, así como lisosomas. Estos diversos tipos de vesículas tienen diferentes funciones. Las vesículas endosómicas tempranas se forman mediante el plegado de parches de la membrana celular en respuesta a la activación de p. proteínas receptoras por moléculas de señalización extracelular. Esto permite que los receptores se eliminen de la superficie y se desprendan de sus ligandos activadores. Luego, los receptores se transmiten a los endosomas de reciclaje y se devuelven a la membrana celular, o entregados a los endosomas tardíos que los transportan a los lisosomas, donde se degradan enzimáticamente. Este sistema de tráfico participa en numerosos procesos metabólicos y juega un papel vital en la regulación del metabolismo de los metales pesados ​​y en la correcta localización de receptores de membrana específicos. Los canales iónicos que se encuentran en las membranas vesiculares están íntimamente involucrados en todas estas operaciones. "Según estudios de sus poblaciones de proteínas, Los lisosomas y endosomas contienen hasta 70 proteínas de transporte de canales iónicos distintas, "Grimm dice.

El método de pinza de parche permite medir el paso de partículas cargadas a través de canales iónicos individuales en parches de membrana, y por tanto para determinar si el canal está activo o inactivo. Para hacerlo uno dibuja un pequeño parche de membrana en una micropipeta aplicando una succión débil, asegurando así que se forme un sello hermético entre la membrana y la pared de la pipeta. Con la ayuda de un microelectrodo, A continuación, se puede aplicar un voltaje de prueba y pasar corriente a través de cualquier canal iónico presente en el parche. "El problema es ese, en su estado normal, las vesículas son demasiado pequeñas para acceder a ellas mediante una pipeta de parche, por lo que deben agrandarse antes de realizar cualquier medición, "dice Grimm. Sin embargo, las herramientas farmacológicas que se han utilizado hasta ahora con este fin actúan indiscriminadamente sobre todos los tipos de vesículas endolisosomales. En un esfuerzo por descubrir agentes más específicos, Los investigadores de LMU examinaron una biblioteca de compuestos e identificaron una combinación particular de dos toxinas biológicas que inducen selectivamente el agrandamiento de los primeros endosomas al hacer que se fusionen entre sí. Además, pudieron demostrar que una tercera molécula agranda selectivamente los endosomas y lisosomas tardíos. Notablemente, ninguna de estas sustancias actúa sobre el reciclaje de endosomas.

"Esto representa un avance significativo, porque ahora tenemos dos conjuntos de herramientas que nos permiten emplear enfoques más específicos y preguntar qué canales están activos en qué tipos de vesículas, "Grimm explica. De hecho, él y sus colegas han utilizado los nuevos agentes para demostrar que el llamado canal iónico TRPML3, que controla el paso de cationes cargados positivamente y el pH (nivel de acidez) dentro de las vesículas, es activo en endosomas y lisosomas tempranos y tardíos. A diferencia de, el canal TRPML1 relacionado se encuentra en endosomas y lisosomas tardíos, pero no en los primeros endosomas. Las mutaciones en los canales TRPML contribuyen a la patogenia de afecciones congénitas graves como las mucolipidosis, una clase rara de enfermedades metabólicas que altera la función del sistema nervioso. "Gracias a nuestra extensión del pinzamiento de parche a las vesículas intracelulares, ahora podemos abordar estos canales iónicos con mayor selectividad. Esto también es importante en la búsqueda de sustancias que puedan inhibir específicamente las funciones de canales iónicos particulares con fines terapéuticos. "Señala Grimm.