Nuevas ideas sobre el direccionamiento de proteínas en las células

Las células eucariotas, que forman muchos organismos vivos, han desarrollado sistemas para enviar proteínas a los lugares correctos dentro de la célula. Estas proteínas a veces se producen en el citosol, el líquido dentro de la célula, y necesitan ser enviadas a ubicaciones específicas. La mayoría de las proteínas van a un solo lugar, pero algunas pueden llegar a dos o más áreas. Por ejemplo, ciertas enzimas, como la fumarasa y la aconitasa, se pueden encontrar tanto en las mitocondrias como en el citosol o incluso en el núcleo.

#Doble Apuntado de Proteínas

Algunas proteínas pueden llegar a dos lugares diferentes, como mitocondrias y Peroxisomas. Estas dos partes de la célula se comunican mucho y están muy conectadas a través de puntos de contacto. Una proteína clave, Pex11, ayuda a iniciar la división de peroxisomas e interactúa con otra proteína, Mdm34. Esta interacción ayuda a crear puntos de contacto entre mitocondrias y peroxisomas. Además, los peroxisomas están ubicados cerca de partes de las mitocondrias que participan en un proceso clave llamado síntesis de acetil-CoA. Esto destaca cómo estos orgánulos dependen unos de otros para sus funciones.

Las investigaciones también han mostrado que ciertas proteínas, como Fzo1 y Pex34, ayudan a formar conexiones entre mitocondrias y peroxisomas. Tanto las mitocondrias como los peroxisomas comparten varias proteínas involucradas en su división, incluyendo una proteína llamada Fis1. Fis1 es única porque se puede encontrar en las membranas de las mitocondrias y los peroxisomas en varios tipos de células.

#El Papel de Fis1 en la División Mitocondrial y Peroxisomal

Fis1 trabaja con otra proteína adaptadora llamada Mdv1, que ayuda a reclutar una proteína llamada Dnm1. Dnm1 juega un papel crucial en el paso final de la división de estos orgánulos. Curiosamente, proteínas similares en mamíferos también aparecen en mitocondrias y peroxisomas.

Los problemas con la división de estos orgánulos han estado vinculados a diversas enfermedades. Por lo tanto, es esencial aprender más sobre cómo se crean y envían proteínas como Fis1 a sus destinos.

Aunque los científicos han descubierto cómo las proteínas ancladas por colas (TA) llegan a la vía secretora de la célula, todavía no saben mucho sobre cómo se dirigen estas proteínas a las mitocondrias. La investigación ha demostrado que características específicas de las proteínas, como su estructura y carga, son importantes para su correcto apuntamiento.

#Vías para Apuntar Proteínas

Para las proteínas TA peroxisomales, existe una vía específica, que involucra proteínas Pex19 y Pex3. Nuevas proteínas TA con señales de apuntado peroxisomal son reconocidas por Pex19 en el citoplasma y luego se entregan a los peroxisomas a través de la interacción con Pex3. Sorprendentemente, si Pex19 se agota, incluso los niveles de Fis1 mitocondrial disminuyen, lo que sugiere que Pex19 también podría participar en la biogénesis de proteínas TA mitocondriales.

A pesar de que hay cierta comprensión de cómo estas proteínas TA llegan a mitocondrias o peroxisomas, los detalles de cómo se regulan las proteínas con localización dual siguen sin estar claros.

#Detección de Alto Rendimiento de Factores que Afectan la Distribución Dual

Para aprender cómo se apuntan las proteínas a mitocondrias y peroxisomas, los investigadores realizaron una detección visual de alto rendimiento usando versiones etiquetadas de proteínas TA en levadura de panadero. Descubrieron que al eliminar un gen no caracterizado llamado YNL144C, ahora llamado Mpf1, cambiaba la localización de Fis1. Otras proteínas, Tom70 y Tom71, también influenciaron la distribución de Fis1. Descubrieron que la pérdida de Mpf1 o cualquiera de los dos parátipos llevó a que más Fis1 se enviara a los peroxisomas.

Los investigadores exploraron más a fondo Mpf1 y encontraron que era inestable en la superficie mitocondrial, controlada por la presencia de Tom70 y Tom71. En general, sus hallazgos enfatizaron los roles de Mpf1, Tom70 y Tom71 en regular la distribución de Fis1 y otra proteína, Gem1, a ambos orgánulos.

#Detección Visual y Fenotipado de Distribución

La detección visual de alto rendimiento permitió a los científicos encontrar otras proteínas que afectan la distribución de proteínas TA. Se identificaron varias proteínas, pero muchos de los cambios estaban a menudo relacionados con problemas en la función normal o forma de las mitocondrias o peroxisomas. Por lo tanto, los investigadores se concentraron solo en proteínas que no interrumpieran la apariencia normal y el número de peroxisomas y mitocondrias.

Identificaron tres proteínas: la proteína no caracterizada Mpf1, y los parátipos Tom70 y Tom71, que, cuando estaban ausentes, causaron que Fis1 se localizara más en los peroxisomas. Un examen adicional confirmó que el efecto no se limitaba a Fis1, ya que se observaron patrones similares con Gem1.

El estudio también se aseguró de que los cambios observados no se debieran a interpretaciones erróneas de mitocondrias fragmentadas. Los niveles y la distribución de diferentes proteínas se midieron con precisión, lo que llevó a concentrarse en Mpf1, Tom70 y Tom71 como nuevos actores en cómo se envían las proteínas a estos orgánulos.

#Confirmando los Roles de los Candidatos a través de la Fraccionación Subcelular

Para confirmar estos hallazgos, los investigadores realizaron una fraccionación subcelular para separar mitocondrias de peroxisomas. Usaron un medio de crecimiento específico que inducía el crecimiento peroxisomal y cosecharon las células para su análisis. Al emplear diferentes técnicas de centrifugación, lograron separar con éxito los dos orgánulos.

Al examinar la distribución de Fis1 en células de tipo salvaje, encontraron que alrededor del 70% estaba en mitocondrias, pero esta distribución cambió en células que carecían de Mpf1 o Tom71, que vieron una disminución de Fis1 mitocondrial y un aumento de Fis1 peroxisomal. Esto sugirió que ambas proteínas juegan un papel en afirmar el equilibrio de distribución. La doble eliminación de ambos genes mostró un efecto aún menor, indicando que podría activarse un mecanismo compensatorio.

#Distinciones entre Tom70 y Tom71

Tom71, un parátipo menos abundante de Tom70, planteó preguntas sobre su función única. Suposiciones anteriores indicaron que ambas proteínas podrían tener roles superpuestos. Sin embargo, los resultados sugirieron que Tom71 tiene una influencia específica en la distribución de Fis1 que Tom70 no podría reemplazar completamente, sirviendo una función distinta.

Para explorar esto más a fondo, los científicos sobreexpresaron cada proteína en diferentes cepas para evaluar cómo impactaba la distribución de Fis1. La sobreexpresión de Tom70 corrigió de manera efectiva la distribución de Fis1 en células que carecían de Mpf1, pero Tom71 lo hizo solo parcialmente cuando se sobreexpresó en células sin Tom71. Esta singularidad sugirió que Tom71 podría contribuir a la distribución de Fis1 de una manera que la presencia de Tom70 por sí sola no podría compensar.

#Evaluando la Contribución de Mpf1 al Crecimiento Celular

Con Mpf1 siendo una proteína no caracterizada, los investigadores exploraron cómo su ausencia impactaba el crecimiento de las células de levadura. Notaron que las células que carecían de Mpf1 crecían comparativamente a las células normales cuando se utilizaba un medio rico. Sin embargo, con oleato como la única fuente de carbono, las células sin Mpf1 prosperaban mejor que las que lo tenían. Este mejor crecimiento podría deberse a una mayor concentración de moléculas de Fis1 en los peroxisomas, aumentando así el número de estos orgánulos y utilizando mejor el oleato.

#Investigando la Estabilidad y Localización de Mpf1

Los investigadores encontraron que Mpf1 se degradaba rápidamente dentro de las células, lo que generaba preguntas sobre por qué se produciría si fuera tan inestable. Incluso en ausencia de factores importantes, Mpf1 aún llegaba a la superficie mitocondrial, lo que insinuaba que otros factores podrían mediar este proceso.

Al examinar la localización subcelular de Mpf1, descubrieron que se asociaba principalmente con mitocondrias pero también aparecía en el retículo endoplasmático. Técnicas como la microscopía de inmunofluorescencia confirmaron aún más esta localización. Además, Mpf1 era sensible a una enzima proteasa cuando se trataban mitocondrias, confirmando su presencia en la superficie mitocondrial externa.

#El Papel de Tom70 y Tom71 en los Niveles de Mpf1

Los investigadores luego evaluaron si Tom70 o Tom71 ayudaban a estabilizar Mpf1. Descubrieron que los niveles de Mpf1 caían significativamente cuando ambos Tom70 y Tom71 estaban ausentes, indicando un vínculo entre estas proteínas y la presencia de Mpf1. Aunque su eliminación no afectó la estabilidad de Mpf1, los niveles generales de Mpf1 cayeron drásticamente, lo que podría explicarse por una menor transcripción del gen de Mpf1 en ausencia de Tom70 y Tom71.

#Investigando el Dominio de Homología Pleckstrin en Mpf1

Dado que se sabía que Mpf1 tenía un dominio específico, conocido como el dominio de homología pleckstrin (PH), los investigadores estaban interesados en entender su posible función. Crearon mutaciones en el dominio PH para verificar si esto afectaba la estabilidad y localización de Mpf1. Sorprendentemente, esta versión mutante de Mpf1 mostró una estabilidad mejorada sin alterar su ubicación, lo que sugiere que las mutaciones posiblemente interrumpieron su capacidad de interactuar con ciertas vías de degradación.

#Conclusión

En resumen, esta investigación identificó tres proteínas, Tom70, Tom71 y Mpf1, que ayudan a regular la distribución de proteínas TA, específicamente Fis1 y Gem1, a mitocondrias y peroxisomas. El papel único de Tom71 y la naturaleza inestable de Mpf1 fueron hallazgos notables. Este estudio proporciona nuevas ideas sobre cómo funcionan estas proteínas, allanando el camino para una mayor exploración de sus roles en la biología celular. Comprender estos procesos ayuda a aclarar funciones celulares más amplias, especialmente en lo que respecta a la relación entre mitocondrias y peroxisomas.