La lisencefalia-1, o proteína Lis1, activa el motor de dineína para que pueda transportar carga celular. La dineína cambia entre "apagado" (izquierda) y "encendido" (derecha). Lis1 se une a la dineína cuando está encendida, impidiendo que la dineína cambie a un estado "apagado". Crédito:Laboratorio Markus / Universidad Estatal de Colorado
El movimiento señala la vida y en ninguna parte esto es más cierto que en el interior de una célula viva. Los millones de proteínas y moléculas dentro de cada una de nuestras células se doblan, viajar y conformarse en un patrón complejo pero orquestado, regulado por los genes que codifican qué va a dónde y cuándo. Como parte de ese patrón, una clase importante de proteínas llamadas dineína transporta y distribuye diversas cargas celulares entre diferentes áreas de la célula.
El investigador de bioquímica de la Universidad Estatal de Colorado, Steven Markus, está particularmente intrigado por estos proteínas motoras intracelulares que se mueven metódicamente a lo largo de una red de pistas filamentosas llamadas microtúbulos.
¿Qué importancia tiene la dineína? Si la dineína desapareciera, no viviríamos más allá de unas pocas divisiones celulares mitóticas. Y muchas enfermedades neurológicas, incluyendo uno llamado lisencefalia, están relacionados con defectos en la función de la dineína. El objetivo de muchos laboratorios, incluido el de Markus, es entender por qué.
Su equipo de investigación ha dado un salto en ese entendimiento al revelar, en intrincados detalles, el mecanismo por el cual una molécula en particular afecta la función de la dineína. Si bien se sabía desde hace mucho tiempo que el gen de la lisencefalia-1, o Lis1, afecta la actividad de la dineína, los detalles no estaban claros. Markus y su equipo han revelado exactamente cómo Lis1 activa la dineína al evitar que la dineína se apague sola. estabilizándolo en un "abierto, "conformación desinhibida.
El nuevo hallazgo contradice las opiniones previamente aceptadas de que Lis1 actuaba como inhibidor de la dineína. Según el nuevo estudio del laboratorio Markus, publicado el 27 de abril en Biología celular de la naturaleza , exactamente lo contrario es cierto:Lis1 activa la dineína, trabajando para enclavarse de tal manera que se evita que la proteína motora se doble a sí misma en un estado "apagado", lo que inhibe su capacidad de autoinhibirse, explican los investigadores.
Los investigadores utilizaron una combinación de técnicas de vanguardia para sacar sus conclusiones, incluyendo microscopía electrónica de alta resolución. Usaron esto para visualizar el motor de dineína en sus estados "apagado" (izquierda) y "encendido" (derecha). Crédito:Laboratorio Markus / Universidad Estatal de Colorado
Comprender la base molecular de la enfermedad
Una persona con lisencefalia, o "cerebro liso, "sufre convulsiones y una función motora limitada y rara vez vive más allá de los pocos años de edad. Esta devastadora enfermedad está asociada con una mutación en Lis1, un gen que codifica un regulador crítico de dineína.
"Estoy interesado en la base molecular de estas enfermedades, "dijo Markus, profesor asistente en el Departamento de Bioquímica y Biología Molecular. "No habrá intervenciones terapéuticas sin entender cómo funcionan estas moléculas". Más allá de eso, Markus dice:"los motores moleculares son divertidos, porque podemos purificar estos motores y verlos caminar sobre microtúbulos en tiempo real usando microscopía de fluorescencia ", que es exactamente lo que hizo el equipo para su estudio.
Para llevar a cabo sus experimentos, los investigadores emplearon células de levadura en ciernes como sistema modelo. A diferencia de las células humanas en las que la dineína realiza numerosas actividades, La dineína solo realiza una única función en estas células. Sus hallazgos con este sistema simplificado pueden traducirse en células humanas y otras células eucariotas superiores, en el que la función básica de la dineína se conserva a lo largo de millones de años de evolución.
Los investigadores emplearon varias técnicas para sacar sus conclusiones. La más importante fue la obtención de imágenes de una sola molécula en tiempo real. Usando una técnica de alto rendimiento que desarrollaron en el laboratorio, el equipo purificó la dineína, añadió una molécula fluorescente, y cámaras de imágenes de microscopio ensambladas con microtúbulos purificados para ver cómo la dineína "avanza rápidamente, ", Dijo Markus. Esta técnica les permitió establecer el papel de la conformación autoinhibida en la motilidad de la dineína.
También utilizaron microscopía electrónica para tomar imágenes fijas de muy alta resolución para determinar si las moléculas de dineína realmente adoptaron una conformación autoinhibida. lo cual no estaba claro cuando comenzaron su estudio. "El primer día en las instalaciones de microscopía electrónica, nos sorprendió mucho ver que las moléculas de dineína estaban inequívocamente en una conformación autoinhibida, ", Dijo Markus." Tenía esa forma muy distinta ".
El autor principal del estudio fue el ex estudiante de posgrado Matthew Marzo (ahora investigador postdoctoral en la Universidad de Columbia), quien diseñó y dirigió los experimentos, con la ayuda de la coautora y entonces estudiante de pregrado Jacqueline Griswold (ahora estudiante de doctorado e investigadora de posgrado de NSF en la Escuela de Medicina Johns Hopkins).
Markus planea realizar otros experimentos, usando las mismas células de levadura, para investigar más el papel de Lis1 en lo que él y sus colegas creen que es una vía de varios pasos que activa la dineína. También espera trabajar con neurocientíficos en CSU para determinar si el mecanismo de activación de Lis1 funciona de manera similar en las neuronas. Allí, el objetivo será proporcionar aún más conocimientos sobre cómo se producen a nivel molecular enfermedades cerebrales como la lisencefalia.
El estudio se titula:"Pac1 / LIS1 estabiliza una conformación desinhibida de dineína para coordinar su localización y actividad".
