Representación de un químico de proteínas de la región sensible al calcio en dos variantes de proteína STIM1 diseñadas. Los sitios que fueron alterados se resaltan en cada caso como esferas rojas. El comportamiento de estas dos proteínas modificadas proporcionó información clave sobre cómo STIM1 detecta cambios en los niveles de calcio Crédito:Dr. Patrick Hogan, Instituto de Inmunología de La Jolla
Todas las células de mamíferos necesitan un suministro inmediato de iones de calcio para ejecutar funciones tan diversas como la neurotransmisión, contracción muscular, liberación de hormonas, o respuestas inmunes. Este requisito es tan fundamental que las células se protegen a sí mismas del desastre almacenando calcio en una red de cisternas intracelulares llamada retículo endoplásmico. o ER. Luego, a medida que las células pierden calcio como parte de su rutina diaria, Los canales se abren en la membrana de la célula permitiendo la entrada de calcio desde el exterior para volver a llenar las reservas de ER y mantener las funciones celulares impulsadas por el calcio.
Dos estudios publicados recientemente por los investigadores del Instituto La Jolla de Inmunología (LJI) Patrick Hogan, Doctor., y Aparna Gudlur, Ph.D. — un artículo que apareció a principios de este año en Informes de celda y el otro en el 31 de octubre, 2018, cuestión de Comunicaciones de la naturaleza —Informe cómo una proteína sensible al calcio llamada STIM1 indica que es hora de iniciar la recuperación del calcio y luego transmite ese mensaje a su pareja, el canal de calcio ORAI. Este cuerpo de trabajo sienta las bases para nuevas formas de manipular la señalización aberrante del calcio en el sistema inmunológico. particularmente en el contexto de una enfermedad autoinmune o inflamatoria.
"Sabemos desde hace una década que la proteína STIM1 se mueve hacia la membrana plasmática para abrir los canales ORAI cuando bajan los niveles de calcio en el RE. "dice Hogan, profesor de la División de Señalización y Expresión Genética. "Nuestro trabajo reciente muestra cómo funciona la maquinaria STIM a nivel molecular. Comprender estos mecanismos es fundamental, ya que el calcio es importante para una gran variedad de respuestas inmunitarias ".
los Informes de celda El artículo revela cómo la proteína STIM1 se alarga cuando cambia de un estado de reposo a un estado activado cuando las reservas de calcio caen. STIM1 es una proteína transmembrana que atraviesa la pared del RE:un extremo empuja una cola con forma de tira reactiva sensible al calcio dentro de la reserva; en un descanso, estado repleto de calcio, el otro brazo sobresale de la sala de emergencias pero permanece pegado a la pared de la sala de emergencias, fuera de contacto con los canales inactivos ORA1 que salpican la membrana celular.
El grupo definió lo que sucede cuando los niveles de calcio caen construyendo y probando el comportamiento de proteínas STIM1 modificadas genéticamente en células cultivadas. El análisis mostró que la pérdida de calcio de la cola del sensor provocó que las regiones de pares de proteínas STIM1 que atraviesan la membrana se juntaran dentro de la pared del RE. incitando a los brazos externos a extenderse hacia la membrana celular. Ese cambio de forma acercó a STIM1 lo suficiente a los canales ORAI para extender la mano y abrirlos, permitiendo que el calcio regrese a las células.
Imágenes de microscopio de la proteína reguladora STIM1, marcada genéticamente con una etiqueta verde fluorescente, en la misma célula antes de la estimulación (panel izquierdo) y después de la estimulación (panel derecho). STIM1 se relocaliza, cuando la célula es estimulada, a los sitios donde puede abrir el canal de calcio ORAI1. El mecanismo que inicia este movimiento STIM1 fue el foco de los dos estudios. Crédito:Dr. Aparna Gudlur, Instituto de Inmunología de La Jolla
"El primer artículo mostró cómo STIM1 se comunica con una proteína de canal en la membrana plasmática a través de un cambio estructural, ", dice Hogan." Nuestro último artículo lleva ese proceso un paso atrás en el tiempo y revela cómo la pérdida de calcio dentro de la sala de emergencias inicia ese cambio ".
En pocas palabras, el artículo más reciente se centra en el funcionamiento de la varilla de nivel de calcio del STIM1. Previamente, Los químicos de proteínas encontraron que el calcio dentro del RE se une a un motivo estructural en la cola del STIM1 llamado "mano EF" y propusieron que cuando la mano estaba vacía, STIM1 activó ORAI. Gudlur, un instructor en el laboratorio de Hogan y el primer autor del nuevo artículo, explica que no es tan simple. "Ahora informamos que varios calcio se unen no solo a la mano EF sino también a otros sitios en el dominio STIM1 ER, y que los sitios dependen unos de otros, ", dice." Eso revisa el concepto de cómo se activa STIM1 ".
No solo eso, pero según Hogan, la creencia predominante era que la disociación del calcio hace que la región en forma de tira reactiva de STIM1 dentro de la sala de emergencias se despliegue dramáticamente y asuma una estructura caótica, un desorden que se considera necesario para la activación de ORAI. "Ahora mostramos que cuando el calcio es bajo en el RE, esta región no se despliega sino que adquiere una estructura novedosa pero estable que favorece la interacción con el canal ORAI, ", dice." Eso es importante porque significa que la interacción podría ser el objetivo de los inhibidores ".
De hecho, Las compañías farmacéuticas ya han buscado desarrollar medicamentos para bloquear los canales de calcio ORAI como medio para detener las respuestas inmunes dependientes del calcio en enfermedades autoinmunes o en condiciones inflamatorias como la pancreatitis aguda. Algunos fármacos bloqueadores de ORAI se encuentran actualmente en ensayos clínicos de fase I y II y, hasta ahora, parecen no ser tóxicos. Pero su potencial terapéutico sigue siendo desconocido.
Gudlur, que tuvo un papel protagónico en ambos estudios, especula que el desarrollo de bloqueadores directos de ORAI / STIM1 como terapias puede ser solo un paso inicial, ya que ambas proteínas son comunes a muchos tipos de células. "Dirigirse a los canales ORAI como una forma de bloquear el exceso de señalización de calcio solo en ciertas células puede requerir una mayor especificidad, ", dice." Nuestro trabajo es un primer paso en la identificación de factores específicos de células capaces de modular la actividad de ORAI / STIM1. Una vez que los encontremos, Sería necesario realizar pruebas de detección de drogas dirigidas a esos factores ".
Hogan está de acuerdo en que el descubrimiento de fármacos se basa en la exploración. "Las personas que realizan investigaciones básicas deben examinar los procesos celulares fundamentales, " él dice, señalando que pasaron más de 20 años entre el descubrimiento de la proteína CTLA4 del punto de control inmunológico y la aprobación por parte de la FDA del bloqueo del punto de control inmunológico como tratamiento para el melanoma. (Nota:cuatro días después de esta entrevista, los "descubridores" nombrados por Hogan recibieron el Premio Nobel de Fisiología y Medicina 2018). "Si no juegas con los conceptos básicos de una célula, nunca saldrás adelante. No siempre sabemos de dónde vendrán las terapias".
