Una proteína que promueve su propio apagado y rompe con el esquema de regulación clásico

Científicos del CONICET, en colaboración con investigadores de Austria y Estados Unidos, observaron este comportamiento molecular en una quinasa al analizar la reproducción de levaduras. Los resultados fueron publicados, y resaltados en tapa, en la revista Molecular Cell.

Las levaduras son hongos unicelulares que se reproducen de modo asexual [fisión binaria o gemación] o de forma sexual. La decisión de reproducirse de una u otra forma tiene mucho que ver con la feromonas -similares a las hormonas pero que se excretan al medio externo.

En un trabajo, publicado en la tapa de la prestigiosa revista Molecular Cellrecientemente, científicos del CONICET, junto a investigadores de Austria y los Estados Unidos, observaron que, en la ‘decisión’ de la levadura de reproducirse de manera sexual o asexual, una de las proteínas quinasa implicadas en los mecanismos de reproducción, llamada MAPK -proteínas quinasa activadas por mitógenos, en español-, promueve su propio ‘apagado’.

“Es contraintuitivo que esta quinasa, esencial para el apareamiento  sea a su vez esencial para apagar su propia respuesta; éso es lo novedoso”, describe María Victoria Repetto, becaria posdoctoral del CONICET en el Instituto de Fisiología , Biología Molecular y Neurofisiología (IFIBYNE, CONICET-UBA) y principal autora del trabajo.

En la reproducción de estos organismos, la decisión de aparearse o reproducirse de manera asexual involucra principalmente la actividad de las proteínas quinasas CDK -quinasa dependiente de ciclinas, en español- y la MAPK, que responden a los factores ambientales -sobre todo la presencia de feromonas, que son como hormonas pero liberadas hacia el medio y que influyen y atraen a las levaduras del sexo opuesto-.

Las dos opciones de reproducción implican a dos caminos de señalizaciones, o dos tipos de respuesta, distintas. “La maquinaria encargada de la reproducción asexual tienen como principal quinasa a la CDK, y la que actúa en la respuesta sexual es la MAP quinasa”, explica Repetto.

“Dentro de la célula están los dos procesos en oposición: o hace mitosis o se aparea, las dos cosas a la vez no pueden ser, ya que si no la maquinaria celular entra en conflicto”, amplía Alejandro Colman Lerner, investigador principal en el IFIBYNE y director del trabajo.

“La MAPK, siempre que no esté la CDK queriendo hacer mitosis (reproducción asexual), promueve el apareamiento y no apaga su propia respuesta”. Sin embargo, si la CDK está gatillando la mitosis, la MAPK colabora con la CDK para apagar la respuesta de apareamiento. Puede pensarse como que una quinasa ayuda a la otra a subir los primeros escalones de una escalera, “pero una vez que los subió, la CDK ya sigue sola. La MAPK actúa, entonces como un primer”, explica. 

La importancia observar los primeros minutos

Los investigadores utilizaron una técnica de microscopía confocal para medir la respuesta de apareamiento en los primeros minutos, observando el cambio de localización de los componentes del citoplasma celular cuando las levaduras eran expuestas a la feromona. “Hay un componente del citoplasma en particular, que nos concentramos en estudiar, la proteína Ste5, que lo que hace es: cuando llega la feromona, es atraída a la membrana plasmática y una vez allí, permite que se inicie la cascada de señales que activan a la MAP quinasa”, cuenta el investigador.

La proteína Ste5 coordina a las otras proteínas que entran en contacto con ella y así actúa como una proteína de andamiaje “les da el lugar donde las quinasas hacen este contacto necesario para la activación, esto es lo que ya se conocía y desde donde partimos”, explica Repetto.

“Técnicamente es muy complicado medir en tiempos cortos y es difícil medirlo rápido y poder cuantificar bien. En trabajos anteriores nuestros, Alan Bush, (ex-becario doctoral nuestro y actual becario posdoctoral en Instituto de Física de Buenos Aires, IFIBA), coautor del trabajo, había perfeccionado la técnica. Usando esa técnica Victoria [Repetto] pudo hacer esa observación”, Colman.

“Lo pudimos ver porque los eventos principales suceden en los primeros cinco minutos de la respuesta. Otros habían observado la respuesta recién a los 15 minutos, a la hora, o media hora, cuando todo estaba apagado”, asegura Repetto

Ampliando la visión clásica de regulación. Islas de fosforilación

Los científicos colaboraron con otros dos grupos fuera del país. Por un lado en los Estados Unidos, un grupo de la University of Massachusetts Medical School “que son los que habían descubierto originalmente como la CDK apagaba la respuesta de apareamiento, pero no habían notado que no podía pasar si no la ayudaba primero la MAP”, como explica Colman Lerner; y por otro lado en los laboratorios Max F. Perutz Laboratories, de la Universidad de Viena, Austria, especialistas en Espectroscopía de masa analizaron qué sitios se fosforilaban en la proteína Ste5, y “sorprendentemente lo que descubrimos es que tanto la MAPK como la CDK comparten los mismos sitios. Es muy raro que una quinasa que tiene que promover el apareamiento, fosforile los sitios que usa la CDK para apagarlo, es paradójico”.

La regulación ya no se ve en función de un ‘sitio de regulación’ que, explica el investigador, es “tal vez en la visión clásica, más esquemática, si no que hay islas de fosforilación”. “Tal vez hay un sitio que es el fuerte, y el consenso, pero si empezás a buscar por espectrometría de masa aparecen sitios débiles que también aparecen fosforilados. No es tanto el sí/no del fosforilado, sino mejor el grado de fosforilación”, considera Colman.

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