Acrobacias auditivas: la conexión dinámica y delicada entre los filamentos de proteínas permite oír
Crédito: CC0 Public Domain
El sentido del oído es, literalmente, un acto de cuerda floja molecular. Resulta que también implica acrobacias.
En un artículo publicado en Nature Communications el 8 de febrero, los investigadores de la Escuela de Medicina de Harvard y el Hospital Infantil de Boston muestran que una conexión dinámica y delicada entre dos pares de diminutos filamentos de proteínas desempeña un papel central en la audición.
La tensión mantenida por estos filamentos, juntos llamados enlace de punta, es esencial para la activación de las células sensoriales en el oído interno. Los análisis del equipo revelan que los filamentos, que están unidos de extremo a extremo, funcionan juntos como trapecistas tomados de la mano. Su agarre mutuo puede verse interrumpido, por ejemplo, por un ruido fuerte. Pero con un agarre con dos manos, pueden volver a conectarse rápidamente cuando una mano se desliza.
Los hallazgos presentan una nueva comprensión de los fundamentos moleculares de la audición, así como el sentido del equilibrio, que surge de procesos similares. en el oído interno. Los trastornos de la sordera y el equilibrio se han relacionado con mutaciones en los enlaces de las puntas, y los resultados del estudio podrían conducir a nuevas estrategias terapéuticas para dichos trastornos, según los autores.
«Este diminuto aparato, hecho de menos de un docena de proteínas, es lo que ayuda a cambiar el sonido de un estímulo mecánico a una señal eléctrica que el cerebro puede descifrar», dijo el coautor David Corey, profesor Bertarelli de Ciencias Médicas Traslacionales en el HMS. «Comprender cómo funcionan estas proteínas proporciona información sobre los secretos de la sensación del sonido».
La conexión dinámica entre los filamentos también puede funcionar como un disyuntor que protege otros componentes celulares, según los investigadores.
«Creo que nuestro estudio nos asombra por lo perfectamente diseñado que está este sistema en el oído», dijo el coautor Wesley Wong, profesor asociado de química biológica y farmacología molecular del HMS en el Boston Children’s. «Mantiene un delicado equilibrio entre ser lo suficientemente fuerte para llevar a cabo su función pero lo suficientemente débil como para romperse y preservar potencialmente la función de otros elementos que no pueden reformarse tan fácilmente».
Descifrando el apretón de manos
Para que ocurra la audición, las células deben detectar y traducir ondas de presión en el aire en señales bioeléctricas. Esta tarea recae sobre las células ciliadas, las células sensoriales del oído interno. De estas células sobresalen haces de estructuras similares a cabellos, que se doblan hacia adelante y hacia atrás a medida que las ondas de presión se mueven a través del oído interno.
Los filamentos de enlace de punta conectan físicamente cada cabello con otro y se anclan en canales iónicos especializados. A medida que el paquete se mueve, la tensión de los enlaces de la punta cambia, abriendo y cerrando los canales como una puerta para permitir que la corriente eléctrica ingrese a la celda. De esta manera, los enlaces de punta inician las señales bioeléctricas que el cerebro finalmente procesa como sonido.
En estudios anteriores, Corey y sus colegas exploraron la composición de los enlaces de punta e identificaron la estructura atómica precisa del enlace entre los dos filamentos de proteínas. Curiosamente, este vínculo evocaba un apretón de manos molecular, según los autores.
En el estudio actual, Corey, Wong y el equipo se propusieron comprender la naturaleza de este apretón de manos. Para hacerlo, aplicaron espectroscopía de fuerza de una sola molécula, una técnica que a menudo usa pinzas ópticas rayos láser altamente enfocados que pueden sostener objetos extremadamente pequeños y moverlos en distancias tan cortas como una milmillonésima de metro.
El Los investigadores, dirigidos por los primeros autores del estudio Eric Mulhall y Andrew Ward, ambos investigadores en neurobiología en el Instituto Blavatnik en HMS, recubrieron perlas de vidrio microscópicas con hebras de protocadherina-15 o cadherina-23, las dos proteínas que forman el enlace de la punta. . Usando pinzas ópticas, acercaron las cuentas entre sí hasta que las hebras de proteína se unieron de extremo a extremo y luego midieron las fuerzas necesarias para separar los enlaces.
Más fuerte que la suma
Cada enlace de punta está formado por dos hebras de ambas proteínas. El equipo descubrió que la fuerza de este enlace de doble cadena superaba con creces la fuerza del enlace entre las cadenas individuales de cualquiera de las proteínas. Bajo baja tensión, un enlace de doble hebra duraba diez veces más que un enlace de una sola hebra antes de romperse.
Esta mayor resistencia parece deberse a la naturaleza dinámica de la conexión, según los autores. En lugar de actuar como una simple cuerda estática, los filamentos se separan y se vuelven a unir en décimas de segundo. Una fuerza puede separar un par de hebras, pero el otro par puede permanecer conectado el tiempo suficiente para que el par roto se vuelva a unir.
Sin embargo, a fuerzas extremadamente altas, el enlace de doble hebra se rompe rápidamente. Esta característica puede ayudar a prevenir daños catastróficos a otros componentes de la célula ciliada, dijeron los autores.
«Si el enlace de la punta fuera súper fuerte, entonces, cuando se expusiera a un sonido muy fuerte, podría romper todo el complejo». fuera de la membrana celular, de lo que sería difícil recuperarse», dijo Wong, quien también es miembro asociado de la facultad en el Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard.
«La capacidad de romper con ruidos sonidos es análogo a un disyuntor mecánico», agregó. «Este uso de múltiples enlaces débiles para formar un disyuntor biológico sintonizable podría ser potencialmente muy interesante para los sistemas de ingeniería sintética».
Sorprendentemente, el equipo descubrió que bajo tensión de reposo, cada enlace de la punta dura solo alrededor de ocho segundos. antes de que se rompa. Sus análisis, junto con la evidencia de otros estudios, sugieren que se pueden formar rápidamente nuevos enlaces de punta a partir de otras hebras de proteína cercanas. Juntos, los resultados respaldan un nuevo paradigma de formación y ruptura de enlaces de punta altamente dinámicos que permite y protege la audición.
El equipo también analizó las mutaciones en la protocadherina-15 que están relacionadas con el síndrome de Usher, un trastorno hereditario raro trastorno de la sordera y la ceguera. Sus experimentos sugieren que algunas de estas mutaciones pueden debilitar en gran medida el vínculo entre los filamentos de enlace de la punta. Esta puede ser la razón por la cual el trastorno conduce a la sordera, y una mayor comprensión mecánica de este proceso podría conducir a nuevos enfoques terapéuticos, dijeron los autores.
«Es difícil arreglar algo si realmente no sabes qué es lo que está roto». , y somos optimistas de que una mejor comprensión puede ayudar a generar nuevas soluciones», dijo Corey.
Además, los nuevos hallazgos pueden ayudar a informar el estudio en otras áreas del cuerpo.
«Tenemos muchos sentidos mecánicos diferentes además del oído, como el tacto, la sensación de presión arterial y ciertos tipos de dolor», agregó Corey. «Entendemos la audición con más detalle molecular que cualquiera de los otros conocimientos que pueden ayudarnos a investigar el funcionamiento de otros sentidos mecánicos».
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Dos apretones de manos moleculares para escuchar Más información: Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-21033-6 Información de la revista: Nature Communications
Proporcionado por Harvard Medical School Cita: Acrobacias auditivas: conexión dinámica y delicada entre proteínas Los filamentos permiten la audición (8 de febrero de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-02-acrobatics-dynamic-delicate-protein-filaments.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.