Sinaptopodina: Conectando Actina y el Retículo Endoplásmico en Neuronas

El retículo endoplasmático (RE) es una red dentro de las células que ayuda a hacer y transportar proteínas y lípidos. Está distribuido en varias partes de la célula y está formado por diferentes áreas que tienen funciones específicas. Esto es especialmente cierto en células como las neuronas, que son responsables de enviar señales en el cerebro.

Una parte interesante del RE en las neuronas se llama el aparato de espinas. Esta estructura se encuentra cerca de las conexiones entre las células nerviosas, llamadas sinapsis. El aparato de espinas consiste en pilas planas de RE liso que están dispuestas de manera muy cercana y separadas por un material proteico denso. Se conecta al RE principal a través de tubos estrechos que corren a lo largo del tallo de soporte de la espina.

Otra estructura similar del RE es el orgánulo cisternal, encontrado en los segmentos iniciales de los axones (las colas largas de las neuronas que llevan señales). Sin embargo, no se sabe mucho sobre lo que hacen estas estructuras. Algunas investigaciones sugieren que el aparato de espinas podría ayudar a cambiar la fuerza de las conexiones entre neuronas, un proceso esencial para el aprendizaje y la memoria. También se ha pensado que almacena calcio, un elemento clave para muchas funciones celulares, pero el papel de su forma única en esta función aún es incierto.

Se han notado cambios en la apariencia del aparato de espinas durante cambios a largo plazo en las conexiones neuronales y durante ciertas enfermedades. Mientras muchos estudios han investigado cómo se forman otras estructuras del RE, como el RE rugoso y los tubulos lisos, los procesos específicos detrás de la formación del aparato de espinas y el orgánulo cisternal no se entienden bien.

#Rol de la Sinaptopodina

Las investigaciones han demostrado que una proteína llamada sinaptopodina es crucial para la formación del aparato de espinas y el orgánulo cisternal en el cerebro. La sinaptopodina está conectada a la Actina, una proteína que ayuda a las células a mantener su forma y movimiento, lo que significa que está presente en áreas ricas en actina dentro de las espinas dendríticas y los segmentos iniciales axonales.

Para encontrar otras proteínas que se asocian con la sinaptopodina, los investigadores usaron un método llamado proteómica de proximidad. Este proceso identificó varias proteínas relacionadas con la actina, lo que implica que la actina juega un papel significativo en la formación del aparato de espinas.

La formación del aparato de espinas y el orgánulo cisternal implica varios pasos. Dado que la sinaptopodina no tiene una parte que pase a través de la membrana, necesita conectarse al RE de forma directa o indirecta. Típicamente, el RE tiene tubulos en las dendritas, pero para que estas estructuras se formen, el RE necesita expandirse en láminas planas que se apilen unas sobre otras. El papel de la sinaptopodina y otras proteínas en estos pasos sigue siendo incierto.

Este estudio tuvo como objetivo comenzar a responder estas preguntas. Se encontró que la sinaptopodina y el aparato de espinas se han conservado en la evolución desde las moscas de la fruta hasta los humanos. Un área específica de la sinaptopodina es necesaria para que se conecte con el RE. Los hallazgos también revelaron que la sinaptopodina no solo ayuda a formar haces de actina, sino que también conecta estos haces al RE. Cuando esta proteína se expresó en células, se demostró que inducía la creación de estructuras que se asemejan al aparato de espinas, lo que sugiere que la sinaptopodina y la actina trabajan juntas para formar estos orgánulos.

#Estructuras Especiales en Neuronas

El aparato de espinas y el orgánulo cisternal en neuronas tienen formas únicas y están formados por láminas de RE liso con espacios estrechos entre ellas. Se pueden ver altas concentraciones de sinaptopodina en espinas dendríticas y segmentos axonales en neuronas cultivadas. Cuando los investigadores observaron estos grupos de sinaptopodina usando técnicas de imagen avanzadas, descubrieron que las acumulaciones consisten en haces de actina ubicados entre las láminas del RE. Esto indica que la sinaptopodina no solo proporciona soporte para las estructuras de actina, sino que también las conecta al RE.

Se llevaron a cabo investigaciones adicionales en células fibroblásticas (un tipo de célula general) expresando sinaptopodina dentro de estas células. Se observó que la sinaptopodina y la actina se encontraban juntas en estas células, similar a lo que se vio en neuronas. Algunas de las estructuras asociadas con la sinaptopodina aparecieron como fibras de tensión, y al examinarlas utilizando microscopía electrónica, los investigadores encontraron haces de actina intercalados entre láminas del RE empacadas estrechamente.

Cuando los fibroblastos fueron expuestos a condiciones que causaron que el RE se descompusiera, la mayoría de los elementos positivos para sinaptopodina permanecieron en contacto con el RE. Esto solidificó la conexión entre la sinaptopodina y el RE y sugirió que juega un papel en vincular la actina al RE.

#Sitios de Unión de Actina de la Sinaptopodina

Se estudió la estructura de la sinaptopodina para identificar las regiones específicas que le permiten unirse a la actina y vincularla al RE. Los investigadores crearon diferentes versiones de sinaptopodina y encontraron que ciertas regiones eran responsables de su capacidad para asociarse con la actina. Incluso cuando se eliminó una de las regiones de unión a la actina identificadas previamente, la sinaptopodina aún podía interactuar con la actina, sugiriendo múltiples sitios de unión dentro de la proteína.

Un análisis adicional mostró que cuando se eliminaron porciones de la sinaptopodina, estas retuvieron la capacidad de conectarse con la actina pero no pudieron formar los haces de actina conectados al RE típicos del aparato de espinas. Esto indica que, aunque la sinaptopodina puede unirse a la actina a través de varios sitios, no todas estas interacciones resultan en la estructura específica necesaria para el aparato de espinas.

Curiosamente, se encontró que una región específica de la sinaptopodina considerada importante para vincular la proteína al RE era parte de un dominio conocido como dominio de calsarcina. Este dominio se reconoce por su capacidad para unirse a la actina, pero no ancla por sí solo la sinaptopodina al RE.

El dominio de calsarcina es similar en la sinaptopodina y otra proteína llamada miozenina, que también interactúa con otras proteínas. Esto sugiere que la sinaptopodina tiene una conexión evolutiva con estas proteínas. Además, otras versiones de la sinaptopodina mostraron rasgos similares, señalando la importancia del dominio de calsarcina en diversas especies.

#Importancia Evolutiva

Para estudiar más el papel de la sinaptopodina en la formación del aparato de espinas, los investigadores observaron su presencia a lo largo de la evolución. Se estableció que existe una versión de sinaptopodina en las moscas de la fruta, una proteína llamada CG1674, que tiene similitudes en función con su contraparte mamífera. Cuando se expresó CG1674 en células, formó estructuras ricas en actina similares a las creadas por la sinaptopodina.

En ciertas neuronas de las moscas de la fruta, los investigadores encontraron espinas ricas en actina, similares a las de los vertebrados, que contenían estructuras que se asemejaban al aparato de espinas. Esta similitud plantea la posibilidad de que la sinaptopodina y el aparato de espinas se hayan conservado a lo largo de la evolución.

#Creando Estructuras Similares al Aparato de Espinas

Los resultados de estudios anteriores sugieren que la sinaptopodina podría ayudar a conectar elementos del RE a través de la actina. Sin embargo, una gran diferencia entre el aparato de espinas y las estructuras hechas por la sobree expresión de sinaptopodina radica en el grosor de los haces de actina entre las láminas del RE. Para abordar esto, los investigadores crearon un constructo que ancló la sinaptopodina al RE fusionándola con otra proteína conocida como Sec61β. Este arreglo tenía como objetivo limitar el apilamiento de actina a situaciones donde estuviera en contacto directo con el RE.

Cuando esta proteína fusionada se expresó en células, resultó en la formación de estructuras alargadas que se asemejan al aparato de espinas. Usando técnicas de imagen avanzadas, los investigadores encontraron que estas estructuras consistían en láminas de RE apiladas juntas con un espacio mínimo entre ellas, similar al aparato de espinas.

Las propiedades únicas de estas estructuras similares al aparato de espinas sugirieron que podrían proporcionar información sobre cómo se forman estructuras especializadas del RE. La presencia de actina y varias proteínas conocidas por ser parte del aparato de espinas indicó que las estructuras compartían características con sus contrapartes neuronales.

#Resumen de los Hallazgos

En resumen, el estudio revela que la sinaptopodina puede agrupar actina mientras la vincula al RE tanto en neuronas como en células no neuronales. Una sección muy específica de la sinaptopodina es esencial para este proceso de vinculación; sin embargo, otras regiones de unión también contribuyen a su función. Al anclar artificialmente la sinaptopodina al RE en células, los investigadores demostraron que podría inducir la formación de estructuras similares al aparato de espinas.

Estas estructuras similares al aparato de espinas muestran características similares al verdadero aparato de espinas, incluyendo un lumen muy estrecho y una densa matriz proteica que las conecta. Importante, estos hallazgos enfatizan que el aparato de espinas y otras regiones especializadas del RE pueden tener funciones distintas adaptadas a las necesidades de tipos celulares específicos.

El estudio también destaca un vínculo evolutivo entre la sinaptopodina en las moscas de la fruta y los humanos, sugiriendo que la aparición de espinas basadas en actina y la formación del aparato de espinas han evolucionado juntas. Esta relación enfatiza el papel esencial de la actina en la función neuronal y los posibles mecanismos regulatorios en juego dentro de estas estructuras.