Por Lic. José Ossemani

No hace mucho tiempo que los científicos han comprendido la importancia de las  Proteínas Integrales de Membrana (PIM) y su relación con la Transduccion de la Señal.

Actualmente se estudian y clasifican las rutas de información compleja que existen entre los receptores de señales externas y la activación de proteínas funcionales celulares.

Estos avances han llevado a la membrana celular  a ocupar el centro de la investigación junto a las proteínas cromosómicas.

Es sabido que los canales iónicos son proteínas transmembranas que permiten o impiden el paso de iones específicos a través de la membrana celular. Los canales intervienen en la formación de potenciales de acción y en la síntesis hormonal.

La membrana esta conformada por capas fosfolipídicas y proteínas. Las capas fosfolipídicas están compuestos por moléculas polares y no polares. Las polares tienen carga positiva y o negativas , incluyen al agua y a las sustancias que se diluyen en ellas.

Las no polares ( sin carga) incluyen las grasas y las sustancias que se diluyen en ellas.

Las moléculas fosfolipídicas presentan regiones polares y no polares, la región “fosfato“ de la molécula es de tenencia hidrófila mientras la region “lipídica” presenta características hidrófobas.

Los fosfolípidos de membrana tienen forma de chupetín con dos palitos. La cabeza del chupetín tiene carga polar y los palitos son no polares.

Los “palitos” que responden a la parte lipídica además de ser hidrofóbicos, no permiten moléculas cargadas. La mayor parte de los nutrientes son moléculas cargadas,

por lo tanto si no existiera otro mecanismo la célula no podría nutrirse o eliminar sustancias nocivas. 

Las PIM son la parte ingeniosa de este sistema que a manera de canales permiten el pasaje de elementos al citoplasma. Cuando se alteran sus cargas eléctricas  debido a una señal del medio externo la proteína receptora o emisora cambian su forma mediante modificaciones de su esqueleto proteico y adopta la conformación de activa o inactiva , abriendo o cerrando el paso de sustancias.

Como consiguen incrustarse las proteinas en la membrana?

Las proteínas son estructuras formadas por aminoacidos entrelazados. De los veinte tipos de aminoácidos diferente algunos son moléculas hidrofílicas y otras hidrofóbicas. 

Las proteínas hidrofóbicas se anclan a la región central de la menbrana que es lipídica y las polares hidrofílicas se ubican en las capas fosfóricas.

Existen diferentes tipos de PIM, las receptoras, las transmisoras y las transportadoras. Las primeras funcionan como nanoantenas moleculares sintonizadas con señales especificas del medio extracelular, otras se extienden por dentro de la membrana para captar los cambios del medio interno de la celula.

Algunas proteínas receptoras reaccionan a señales físicas, otras son receptores estrogénicos,  y otras  responden a la energia ondulatoria, luz y frecuencias electro magnéticas.

Las proteínas transportadoras  permiten el paso de moléculas de información de un lado a otro de la membrana.

La mayor cantidad de los genes contienen la información necesaria para producir proteínas. Lo hacen mediante dos pasos

  1. Transducción
  2. Traslación 

a este doble proceso se lo denomina “ Expresion genica”.

Durante la Transcripcion la información almacenada en el ADN de un gen, se transfiere al ARNm que se encuentra en el núcleo celular y que luego  transporta dicha información por fuera del mismo hasta llegar al citoplasma. 

Alli ocurre la Traslacion, cuando el ARNm interactúa con un ribosoma que lee la secuencia de bases de ARNm, donde cada secuencia o codón se codifica en un aminoácido particular.

El  ARN de transferencia (ARNt) ensambla las proteínas hasta lograr su objetivo, luego del cual genera la detención del proceso.

Transductores térmicos y mecánicos

 En 2011 David Julius y Arden Patapotian recibieron el Premio Nobel de Medicina por sus descubrimientos de transductores térmicos y mecánicos. Esta noticia además de ser interesante para la ciencia médica en general, es un dato más que importante para la kinesiología y las terapias manuales ya que revela mecanismos hasta ahora desconodidos al explicar la base molecular para detectar el frío, el calor y la fuerza mecánica sobre los tejidos.

Julius, a partir de los efectos de la capsaicína, ingrediente picante de los chiles, investigó los mecanismos del dolor. Así fue que buscó un gen que pudiera dar sensibilidad a la capsaicína ante células que normalmente no reaccionaban a ella. 

En su trabajo identificó un tipo de ADN que codifica un nuevo canal iónico llamado TRPV1 relacionado con las temperaturas no dolorosas.

 Tiempo después junto a Ardem descubrieron otro canal  iónico sensible al frío, el TRPV8,  y observaron que ambos  canales transmitían información térmica en el sistema somatosensorial.

De esta manera abrieron la puerta a la comprensión molecular de la termosensación. 

Los investigadores identificaron canales ionicos denominados PIEZO 1 y PIEZO2(PIEZO por la palabra griega Piesi= presión) que pertenecían a la familia de proteínas presentes en los vertebrados y que el caso de PIEZO2 se expresaban en las células sensoriales del  ganglio anexo a la reaiz dorsal (GARD) guardando relación con la mecanosensibilidad y el tacto.

Las proteínas Piezo son los canales trasmembranas mas grandes identificados hasta la fecha, compuestas por 2500 aminoácidos y una hélice transmembrana.

 Tiene forma de aceituna con un poro central y una compuerta formada por la hélice. Ante la presión mecánica, las cuchillas se curvan hacia adentro abriendo el paso a sustancias.

A traves de su mecanosensibilidad, los canales PIEZO sirven como mecanotransductores que convierten la fuerza mecánica en electroquímica.

PIEZO 1 se expresa en las neuronas del GARD siendo responsable de las señales nociceptivas producidas por la temperatura por encima de los 40 grados centígrados, funciona como un integrador molecular de estímulos térmicos,dolorosos y químicos.

Ambas proteínas se comportan como sensores mecánicos y las bases del funcionamiento de estos receptores son neuronales y hormonales.

El hallazgo en ratas de una corriente iónica mecanosensible en las neuronas del GARD sugirió que la sensación tactil en los vertebrados también depende de la activación de un canal iónico apropiado.

Ardem  Patapoutian desarrolló un método de detección novedoso para hallar esos canales en mamíferos

Primero identificó una proteína mecanosensible llamada NEURO2A

Luego realizó un análisis de expresión global identificando a 72 genes candidatos a eliminar la corriente activada por esa proteína y a observar si la fuerza mecánica generaba una corriente que pudiera ser medida mediante electrodos.

La proteína correspondiente se denominó PIEZO1.

Luego procedió a demostrar la expresión ectópica de PIEZO1 en células renales embrionarias humanas, haciendo que la presiónn aplicada a la membrana plasmática indujera una gran corriente a estas células

La evidencia de que PIEZO2 es el sensor para el toque ligero se estableció en 2014 cuando el equipo demostró que las celulas de MERKEL poseen PIEZO2 que se activa con el toque rápido  que excita a los aferentes sensoriales.

El descubrimiento de las proteínas PIEZO como canales iónicos excitatorios controlados por la fuerza mecánica ha revolucionado el campo de la neurociencia y de las terapias manuales, proporcionando una base molecular para la mecanosensación y justificando muchas de las maniobras que habitualmente realizamos con nuestras manos sobre los diversos tejidos.

REFERENCIAS:

1)Patrik Ernfors, PhD, Professor at Karolinska 

Institutet Member of the Nobel Committee 

Abdel El Manira, PhD, Professor at Karolinska Institutet Member of the Nobel Committee 

Per Svenningsson, MD PhD, Professor at Karolinska Institutet Member of the Nobel Committee 

Illustration: Mattias Karlén 

For additional information on this year’s Nobel Prize: www.nobelprize.org 

2)Bruce Lipton- la Biologia de la Creencia

3. Norrsell, U., S. Finger, and C. Lajonchere, Cutaneous sensory spots and the “law of specific nerve energies”: history and development of ideas. Brain Res Bull, 1999. 48(5): p. 457-65. 4. Kung, C., A possible unifying principle for mechanosensation. Nature, 2005. 436(7051): p. 647-54. 

5. Martinac, B., M. Buechner, AH Delcour, J. Adler, and C. Kung, Pressure-sensitive ion channel in Escherichia coli. Proc Natl Acad Sci USA, 1987. 84(8): p. 2297-301. 6. Handler, A. and DD Ginty, The mechanosensory neurons of touch and their mechanisms of activation. Nat Rev Neurosci, 2021. 22(9): p. 521-537. 

7. Bessou, P. and ER Perl, Response of cutaneous sensory units with unmyelinated fibers to noxious stimuli. J Neurophysiol, 1969. 32(6): p. 1025-43. 

8. Burgess, PR and ER Perl, Myelinated afferent fibres responding specifically to noxious stimulation of the skin. J Physiol, 1967. 190(3): p. 541-62. 

9. Lee, TS, Physiological gustatory sweating in a warm climate. J Physiol, 1954. 124(3): p. 528-42. 10. Jancsó, G., E. Kiraly, and A. Jancsó-Gábor, Pharmacologically induced selective degeneration 

of chemosensitive primary sensory neurones. Nature, 1977. 270(5639): p. 741-3.

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