El paso de iones por la membrana celular está controlado por los canales iónicos, unos complejos proteicos que regulan procesos vitales, como el latido del corazón, además de ser la diana a la que se dirigen muchos fármacos. Ahora un estudio de la Universidad de Wisconsin, liderado por una investigadora española, presenta un novedoso modelo para explicar cómo se abren y cierran los poros de estos canales.
Detrás de importantes procesos celulares, como la generación y propagación del latido en el corazón, la transmisión de la señal entre las neuronas, la secreción de neurotransmisores y la difusión del dolor por el cuerpo están los canales iónicos, que confieren capacidades eléctricas y excitables a las células. Cuando fallan, se producen patologías cardiacas o neuronales.
“Por su naturaleza y función, son magníficas dianas terapéuticas de medicamentos destinados a la hipertensión, las arritmias y otras enfermedades, así como el lugar donde actúan algunas toxinas de arácnidos o serpientes”, añade la investigadora Ana Fernández Mariño, que durante su estancia en la Universidad de Wisconsin (EE UU) ha encontrado, junto a otros colegas, una nueva forma de explicar cómo se activan los canales iónicos.
Se trata de estructuras proteicas transmembranales que actúan como un sistema de compuertas para regular el paso de iones –potasio, sodio, calcio, cloro, etc.– a través de un poro. Este se abre o cierra por los estímulos que llegan desde otra región del canal, denominada sensor de voltaje, que detecta los cambios de potencial eléctrico de la membrana.
Hasta ahora se pensaba que el poro y el sensor de voltaje estaban acoplados a través de un enlazador o linker (una espiral de unos 15 aminoácidos), que se puede accionar con el movimiento del sensor de voltaje. Esta es la visión canónica del mecanismo de acoplamiento entre las dos partes del canal iónico.
Pero el equipo de Fernández Mariño ha descubierto una vía no canónica, que involucra a un segmento de aminoácidos constituido por parte del sensor de voltaje y parte del poro. Estos dos segmentos se ajustan como si fueran una cremallera para desencadenar la apertura o cierre del canal. Los detalles los publican en la revista Nature Structural & Molecular Biology.
“Para realizar el estudio, hemos utilizado como modelo un canal de potasio llamado Shaker, junto a técnicas de mutagénesis, electrofisiología, fluorescencia, simulaciones de dinámicas moleculares y cálculos de energías, con las que hemos podido analizar las vías moleculares por las que se produce el acoplamiento entre el sensor de voltaje y el poro”, explica la investigadora.
La nueva vía ayuda a explicar descubrimientos recientes en los que se ha detectado que algunos canales iónicos regulados por voltaje y con un papel fundamental en el latido del corazón –como los denominados Human ether à-go-go related gene (hERG)– que apenas tiene un linker. Es un fragmento de solo cinco aminoácidos y prescindible para el acoplamiento entre las dos piezas.
Se abre el debate sobre los canales
“Nuestro estudio abre, por tanto, el debate sobre cómo los canales iónicos en general responden a las señales de voltaje siguiendo la vía no canónica, que vale tanto para el caso de los de tipo Shaker con su enlazador bien estructurado como para los de la familia de hERG y otras sin apenas linker”, subraya Fernández Mariño.
La científica concluye: “Si entendemos mejor cómo funcionan estos canales iónicos, comprenderemos mejor los mecanismos fisiológicos que regulan, así como sus patologías, además de ayudarnos a diseñar nuevos fármacos que mejoren nuestra calidad de vida”.
Referencia bibliográfica:
Ana I. Fernández-Mariño, Tyler J. Harpole, Kevin Oelstrom, Lucie Delemotte and Baron Chanda. “Gating interaction maps reveal a noncanonical electromechanical coupling mode in the Shaker K+ channel”. Nature Structural & Molecular Biology 25: 320–326, abril de 2018.
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