Transporte y Movimiento Celular: Mecanismos de Fusión Vesicular (SNARE) y Estructura de Cilios y Flagelos

Proteínas V-SNARE y T-SNARE: Mediadores de la Fusión Vesicular

Las proteínas V-SNARE y T-SNARE median la fusión de vesículas con la membrana objetivo (Mb target). La fusión de membranas requiere la aproximación de las bicapas lipídicas a 1,5 nm, lo que permite el flujo de lípidos de una a otra. Para que esto ocurra, el agua debe ser desplazada de la superficie hidrofílica de la membrana, un proceso energéticamente desfavorable que regulan proteínas específicas de fusión (SNARE).

El desensamblaje de la cubierta de la vesícula “descubre” la V-SNARE, que interacciona con la T-SNARE, aproximando suficientemente las dos membranas para que se fusionen. Hay aproximadamente 35 SNAREs distintas en una célula animal, cada una asociada a un orgánulo de la vía secretora o endocítica.

• Una V-SNARE tiene una única cadena polipeptídica.
• Una T-SNARE está formada por tres proteínas.

A menudo, las T-SNARE están asociadas a proteínas inhibidoras de las que se desprenden con la ayuda de proteínas Rab y sus efectores, concentrándolas donde los efectores Rab captan las vesículas y acoplando, por tanto, el tethering (anclaje a la membrana objetivo) y la fusión.

Mecanismo Molecular de la Fusión de Membranas

Describimos un ejemplo de vesículas secretoras y la Membrana Plasmática (MP) para explicar la fusión de membranas:

• La V-SNARE de la vesícula secretora (que va hacia la Trans-Golgi Network o TGN) se llama VAMP.
• Las T-SNARE de la MP se llaman Syntaxina y SNAP-25 (unida por anclaje lipídico).

Esta última (SNAP-25) está repetida para poder formar el haz de cuatro hélices alfa (una de VAMP, una de Syntaxina y dos de SNAP-25). La estabilidad del complejo se debe a la disposición de aminoácidos (aa) hidrofóbicos (parte central del haz) y los cargados (alineados estableciendo interacciones electrostáticas) en los heptapéptidos repetidos.

Solo un número pequeño de combinaciones distintas de V-SNARE y T-SNARE fusionan en los liposomas, lo que explica la alta especificidad del proceso. Este complejo permite la aposición estrecha de las dos membranas mediante los dominios transmembrana (TM) de Syntaxina y VAMP, utilizando la energía liberada por el enrollamiento de las hélices y aportando las moléculas de agua de la interfase.

En todas las fusiones conocidas se forman complejos de cuatro hélices (trans-SNARE), aunque la contribución de cada molécula puede cambiar. La estabilidad de los complejos SNARE requiere proteínas adicionales y energía para su desensamblaje, lo que permitirá a sus componentes realizar varias rondas de fusión. Dos proteínas implicadas son:

• NSF: Es una AAA-ATPasa que utiliza la energía de hidrólisis para desensamblar el complejo SNARE e impedir que las membranas se sigan fusionando indiscriminadamente. Es un hexámero de subunidades iguales que se une al complejo SNARE vía alfa-SNAP.
• Alfa-SNAP: Actúa como adaptador.

Si no hay desensamblaje, las SNARE no se liberan y las nuevas vesículas no pueden fusionarse con las membranas objetivo.

Organización y Composición de Cilios y Flagelos

Estructura General y Función

Los cilios y flagelos son extensiones de la Membrana Plasmática (MP). Su función principal es el movimiento de la célula o el movimiento de fluidos sobre la superficie celular.

• Cilios: Cortos, numerosos, con movimiento de batido o braza.
• Flagelos: Largos, uno o dos por célula, con movimiento ondulatorio.

Su estructura interna es idéntica: microtúbulos más proteínas asociadas a los microtúbulos, que incluyen las dineínas del axonema y proteínas motoras como la kinesina y la dineína citoplasmática. Poseen un sistema de transporte intraflagelar. Ejemplos: epitelios (cilios), espermatozoides (flagelos).

El Axonema

El axonema presenta una organización de 9+2:

• 9 dobletes periféricos: Cada doblete consta de un microtúbulo A (13 protofilamentos) y un microtúbulo B (10 protofilamentos).
• 2 microtúbulos centrales.

La polaridad se encuentra en el extremo positivo (+). Los dobletes periféricos están unidos por nexina y los microtúbulos centrales están unidos por puentes. Brazos radiales salen desde los dobletes periféricos (específicamente desde el microtúbulo A) hacia el centro. La dineína forma brazos en el microtúbulo A. Las dineínas del microtúbulo A interaccionan con el microtúbulo B, y esto provoca el movimiento.

Mecanismo de Movimiento

El movimiento se explica por la acción de la dineína y la restricción estructural:

• Axonemas aislados: La dineína del protofilamento A se desliza sobre el B en presencia de ATP. Esto se descubre al tratar el axonema con proteasas que eliminan la nexina.
• Axonemas intactos: Como la nexina no ha sido eliminada, las uniones impiden el deslizamiento libre, por lo tanto, el axonema se dobla, generando el movimiento característico.

El Corpúsculo Basal

El corpúsculo basal tiene una organización idéntica a la de los centriolos (estructura 9+0):

• 9 tripletes periféricos.
• Ningún microtúbulo en el centro.

En mitosis, los corpúsculos basales migran al interior de la célula (el flagelo desaparece) para formar los polos del huso acromático (o huso mitótico).