túbulo T

La forma del sistema de túbulos T es producida y mantenida por diversas proteínas. La proteína anfifisina-2 está codificada por el gen BIN1 y es responsable de la formación de la estructura del túbulo T y de asegurar que las proteínas apropiadas (en particular, los canales de calcio de tipo L) se encuentren dentro de la membrana del túbulo T. ^{[ 12 ]} La junctofilina-2 está codificada por el gen JPH2 y ayuda a formar una unión entre la membrana del túbulo T y el retículo sarcoplásmico, vital para el acoplamiento excitación-contracción . ^{[ 9 ]} La proteína de recubrimiento de titina conocida como teletonina está codificada por el gen TCAP y ayuda en el desarrollo de los túbulos T y es potencialmente responsable del aumento en el número de túbulos T que se observa a medida que crecen los músculos. ^{[ 9 ]}

Los túbulos T son un enlace importante en la cadena que va desde la excitación eléctrica de una célula hasta su posterior contracción (acoplamiento excitación-contracción). Cuando se necesita la contracción de un músculo, la estimulación de un nervio o de una célula muscular adyacente provoca un flujo característico de partículas cargadas a través de la membrana celular, conocido como potencial de acción . En reposo, hay menos partículas con carga positiva en el lado interno de la membrana que en el lado externo, y se dice que la membrana está polarizada. Durante un potencial de acción, las partículas con carga positiva (principalmente iones de sodio y calcio) fluyen a través de la membrana desde el exterior hacia el interior. Esto revierte el desequilibrio normal de partículas cargadas y se denomina despolarización . Una región de la membrana despolariza las regiones adyacentes, y la onda de despolarización resultante se propaga a lo largo de la membrana celular. ^{[ 13 ]} La polarización de la membrana se restablece cuando los iones de potasio fluyen de regreso a través de la membrana desde el exterior hacia el interior de la célula.

En las células del músculo cardíaco, a medida que el potencial de acción se propaga por los túbulos T, activa los canales de calcio de tipo L en la membrana tubular. La activación de estos canales permite la entrada de calcio a la célula. Los túbulos T contienen una mayor concentración de canales de calcio de tipo L que el resto del sarcolema, por lo que la mayor parte del calcio que ingresa a la célula lo hace a través de ellos. ^{[ 14 ]} Este calcio se une y activa un receptor, conocido como receptor de rianodina , ubicado en el reservorio interno de calcio de la célula, el retículo sarcoplásmico. La activación del receptor de rianodina provoca la liberación de calcio del retículo sarcoplásmico, lo que causa la contracción de la célula muscular. ^{[ 15 ]} En las células del músculo esquelético , sin embargo, el canal de calcio de tipo L se une directamente al receptor de rianodina en el retículo sarcoplásmico, lo que permite la activación directa del receptor de rianodina sin necesidad de una entrada de calcio. ^{[ 16 ]}

La importancia de los túbulos T no se debe únicamente a su concentración de canales de calcio de tipo L, sino también a su capacidad para sincronizar la liberación de calcio dentro de la célula. La rápida propagación del potencial de acción a lo largo de la red de túbulos T activa todos los canales de calcio de tipo L casi simultáneamente. Dado que los túbulos T acercan el sarcolema al retículo sarcoplásmico en todas las regiones de la célula, el calcio puede liberarse del retículo sarcoplásmico en toda la célula al mismo tiempo. Esta sincronización de la liberación de calcio permite que las células musculares se contraigan con mayor fuerza. ^{[ 17 ]} En células que carecen de túbulos T, como las células del músculo liso , los cardiomiocitos enfermos o las células musculares en las que se han eliminado artificialmente los túbulos T, el calcio que entra por el sarcolema debe difundirse gradualmente por toda la célula, activando los receptores de rianodina mucho más lentamente como una onda de calcio que produce una contracción menos fuerte. ^{[ 17 ]}

Dado que los túbulos T son la principal ubicación del acoplamiento excitación-contracción, los canales iónicos y las proteínas implicadas en este proceso se concentran allí : la membrana de los túbulos T contiene tres veces más canales de calcio de tipo L que el resto del sarcolema. Además, los receptores beta-adrenérgicos también se encuentran altamente concentrados en la membrana de los túbulos T, ^{[ 18 ]} y su estimulación aumenta la liberación de calcio del retículo sarcoplásmico. ^{[ 19 ]} 

Dado que el espacio dentro del lumen del túbulo T es continuo con el espacio que rodea la célula (el espacio extracelular), las concentraciones de iones entre ambos son muy similares. Sin embargo, debido a la importancia de los iones dentro de los túbulos T (en particular el calcio en el músculo cardíaco), es fundamental que estas concentraciones se mantengan relativamente constantes. Como los túbulos T son muy delgados, esencialmente atrapan los iones. Esto es importante porque, independientemente de las concentraciones de iones en otras partes de la célula, los túbulos T aún contienen suficientes iones de calcio para permitir la contracción muscular. Por lo tanto, incluso si la concentración de calcio fuera de la célula disminuye ( hipocalcemia ), la concentración de calcio dentro del túbulo T permanece relativamente constante, lo que permite que la contracción cardíaca continúe. ^{[ 9 ]}

Además de ser un sitio de entrada de calcio a la célula, los túbulos T también son un sitio de eliminación de calcio. Esto es importante porque significa que los niveles de calcio dentro de la célula pueden controlarse estrictamente en un área pequeña (es decir, entre el túbulo T y el retículo sarcoplásmico, lo que se conoce como control local). ^{[ 20 ]} Proteínas como el intercambiador de sodio-calcio y la ATPasa sarcolemal se localizan principalmente en la membrana del túbulo T. ^{[ 9 ]} El intercambiador de sodio-calcio elimina pasivamente un ion de calcio de la célula a cambio de tres iones de sodio. Como proceso pasivo, puede permitir que el calcio fluya hacia dentro o hacia fuera de la célula dependiendo de la combinación de las concentraciones relativas de estos iones y el voltaje a través de la membrana celular (el gradiente electroquímico ). ^{[ 13 ]} La ATPasa de calcio elimina el calcio de la célula activamente, utilizando energía derivada del trifosfato de adenosina (ATP). ^{[ 13 ]}

Para estudiar la función de los túbulos T, estos pueden desacoplarse artificialmente de la membrana celular mediante una técnica conocida como detubulación . Se pueden añadir sustancias químicas como glicerol ^{[ 21 ]} o formamida ^{[ 17 ]} (para músculo esquelético y cardíaco, respectivamente) a la solución extracelular que rodea las células. Estos agentes aumentan la osmolaridad de la solución extracelular, lo que provoca que las células se encojan. Al retirar estos agentes, las células se expanden rápidamente y recuperan su tamaño normal. Esta contracción y posterior expansión celular provoca que los túbulos T se desprendan de la membrana celular. ^{[ 22 ]} Alternativamente, se puede disminuir la osmolaridad de la solución extracelular, por ejemplo, utilizando solución salina hipotónica, lo que provoca una hinchazón celular transitoria. Al restablecer la osmolaridad normal de la solución extracelular, las células recuperan su tamaño anterior, lo que también conduce a la detubulación. ^{[ 23 ]}