Las interacciones entre tres partes móviles, una proteína de unión, una proteína estructural y calcio, son parte del proceso mediante el cual las señales eléctricas ingresan a las células neurales y remodelan las estructuras moleculares que se cree que permiten la cognición y el almacenamiento de recuerdos, según una investigación de la Universidad de Houston (EEUU).
Un equipo de la Universidad de Rice, la Universidad de Houston y el Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas en Houston combinaron teorías, simulaciones y experimentos para determinar cómo una proteína de unión central -quinasa dependiente de calcio-calmodulina II (CaMKII)- se une y se deshace del citoesqueleto de una neurona.
El informe del equipo, publicado en las 'Actas de la Academia Nacional de Ciencias', brinda los primeros detalles claros de cómo los sitios de unión de CaMKII actúan para alinear los filamentos de actina, la proteína estructural, en haces largos y rígidos. Los paquetes sirven como esqueletos de soporte de las espinas dendríticas, protuberancias puntiagudas que reciben mensajes químicos a través de las sinapsis de otras neuronas.
PUBLICIDAD
Las moléculas de actina se autoensamblan en largos filamentos retorcidos. Los bolsillos entre estas moléculas están perfectamente configurados para unirse a CaMKII, una proteína grande con múltiples partes o dominios. Estos dominios, a su vez, se bloquean en tres sitios de unión consecutivos en el filamento, y los giros colocan sitios de unión a intervalos regulares para evitar que las proteínas se acumulen, dando lugar a haces de lactina.
"Cuando entra suficiente calcio, la calmodulina activada -CaMKII- rompe estas estructuras, pero solo por un tiempo", ha explicado Peter Wolynes, físico teórico de la Universidad de Rice. "Luego se reforma el citoesqueleto. Durante ese tiempo, la columna dendrítica puede adoptar una forma diferente que podría ser más grande", ha añadido.
Estos paquetes permanecen rígidos si la dendrita contiene poco calcio. Pero cuando los iones de calcio ingresan a través de la sinapsis, se combinan con las proteínas calmodulinas, lo que les permite unirse a otra parte de CaMKII, el dominio regulador flexible. Eso desencadena la disociación de un dominio de CaMKII del filamento, seguido del resto de la proteína, lo que abre un breve período de tiempo durante el cual los paquetes pueden reconfigurarse.
"Sabemos que el calcio trae información a la célula", ha agregado Margaret Cheung, física de la Universidad de Houston. "Pero cómo las células nerviosas saben qué hacer con ella realmente depende de cómo esta proteína codifica la información. Una parte de nuestro trabajo es conectar eso a nivel molecular y luego proyectar cómo estas reglas geométricas simples desarrollan estructuras de microescala más grandes", ha explicado.
Los cálculos del equipo mostraron que el dominio de asociación es responsable de aproximadamente el 40% de la fuerza de unión de la proteína a la actina. Un dominio conector agrega otro 40% y el dominio regulador crucial proporciona el 20% final. Los investigadores explican que el dominio regulador está atento a las calcio-calmodulinas entrantes que pueden descomprimir toda la proteína del filamento.
Los neurocientíficos han indicado que la investigación inició con la pregunta acerca de cómo los cambios químicos a corto plazo conducían a algo a largo plazo, como la memoria. A continuación pensaron que la actina podría estabilizar las fibras que se cree que codifican los recuerdos en las neuronas y decidieron que era una buena combinación para su investigación para ver cómo el calcio activaba el CaMKII.
Además, han añadido que todavía quedan muchos elementos del proceso de las neuronas para desentrañar la naturaleza de la memoria, pero que sin duda los nuevos hallazgos son un paso importante.
