Collybistin

La colibistina es una proteína específica del cerebro ^{[ 5 ]} identificada como reguladora de la localización de la gefirina , una proteína de andamiaje primaria . ^{[ 6 ]} En humanos, está codificada por el gen ARHGEF9 . ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} La colibistina induce la formación de agregados submembranosos de gefirina que acumulan receptores de glicina y GABA . En 2000 se identificó como un socio de unión de la gefirina y un determinante importante de la formación y plasticidad de la membrana postsináptica inhibitoria . ^{[ 5 ]} La gefirina y la colibistina son reclutadas a las membranas postsinápticas en desarrollo de las sinapsis inhibitorias por la molécula de adhesión transsináptica neuroligina-2, ^{[ 10 ]} donde proporcionan el andamiaje para la agrupación de receptores postsinápticos inhibitorios para formar una sinapsis inhibitoria funcional.

El gen ARHGEF9 (también conocido como ARHDH) codifica la colibistina. ARHGEF9 se puede encontrar en varias regiones del cerebro, como la corteza cerebral , el hipocampo y el cerebelo , pero solo en lugares donde se activan las sinapsis neurológicas . Hay tres dominios en la estructura de la colibistina; ^{[ 11 ]} el dominio de homología src 3 (SH3), el dominio de homología dbl (DH) y el dominio de homología pleckstrina (PH). El dominio SH3, ubicado en el extremo N, se une a las secuencias reguladoras e impide que la proteína permanezca activa. ^{[ 12 ]} SH3 actúa como regulador dentro de la estructura de la colibistina ya que la mayor parte de la actividad depende de las interacciones con otras proteínas en el dominio SH3. De manera similar, sin el dominio PH, la proteína se vuelve inútil ya que no puede completar la localización en la membrana plasmática y la agrupación de gefrina. ^{[ 11 ]} El dominio DH es responsable de interactuar y unirse con GTPasas . ^{[ 13 ]} El dominio DH regula la unión con la gefrina.

La colibistina se clasifica como una estructura proteica modular. ^{[ 14 ] [ 15 ]} La proteína tiene la capacidad de reorganizar su conformación para ser más eficiente en su actividad, o plegar ciertos dominios para inhibir la actividad proteica.

La colibistina es responsable de la agrupación dependiente de gefirina de los receptores GABA en el cerebro. ARHGEF9 funciona para organizar las sinapsis e inhibirlas cuando sea necesario. Además, ARHGEF9 es responsable de los factores de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF). ^{[ 16 ]} Mediante inmunohistoquímica ^{[ 17 ]} se descubrió que la producción de colibistina cambia a lo largo de las etapas de desarrollo de los organismos. Cualquier mutación dentro de este gen puede causar varios síntomas negativos en el organismo. El organismo puede experimentar cosas como discapacidad intelectual, ansiedad , ^{[ 18 ]} hiperekplexia , ^{[ 19 ]} etc. En un estudio realizado en 2011, ^{[ 20 ]} se encontró un vínculo directo entre una deleción no sinónima en el gen ARHGEF9 y discapacidad mental, junto con discapacidad física. De manera similar, se ha informado que las mutaciones de sentido erróneo dentro del gen también han causado discapacidades mentales y físicas en el organismo con el gen mutado.

Las convulsiones inducidas por pentilenotetrazol (PTZ) ^{[ 21 ]} dañan gravemente una amplia gama de sinapsis en el cerebro, incluyendo la colibistina. Sin embargo, cuando la colibistina se sobreexpresa en el cerebro, tiene la capacidad de prevenir las convulsiones inducidas por PTZ y protege las vías de los neurotransmisores . Si la colibistina no se sobreexpresa y es afectada por el PTZ, la gefrina no se agrupa y las sinapsis no se estabilizan. Además, los receptores inhibidores se debilitan, lo que puede provocar que la convulsión sea más intensa y potencialmente mortal.

De manera similar, recientemente se descubrió una mutación de sentido erróneo del gen, denominada variante genética R290H, ^{[ 22 ]} como causa de epilepsia en pacientes humanos. Esta mutación altera la comunicación dentro de la proteína, específicamente el plegamiento de los dominios DH y PH. Un plegamiento incorrecto puede conducir a la degradación o a que la célula sea atacada por la vía del proteasoma-ubiquitina ^{[ 23 ]} para su terminación. Esta mutación hace que la proteína se debilite e impide que se una a otras proteínas, como la gefirina, e inhibe la conexión con la membrana plasmática. De manera similar a las convulsiones inducidas por PTZ, la variante genética R290H debilita los receptores inhibidores e impide el desarrollo de la sinapsis. Debido a la reducción de la actividad de la inhibición reguladora, las neuronas se vuelven hiperactivas, lo que conduce a la epilepsia y otras discapacidades mentales.

Sin colibistina, hay una falta de posicionamiento adecuado del regulador, ^{[ 24 ]} organización sináptica y señalización de inhibición. Además, la colibistina es responsable del andamiaje sináptico y la organización del citoesqueleto. ^{[ 25 ]} Con unión específica a la subunidad a2, la colibistina es crucial para el correcto funcionamiento de los sitios que indican a las neuronas cuándo disparar. En un estudio de 2018, una proteína colibistina mutada provocó un aumento en las tasas de mortalidad en ratones durante los primeros 20 días después del nacimiento. Los ratones que sufrieron mortalidad temprana tenían una desconexión en las vías neuronales y los receptores entre la colibistina y los receptores GABA _A. La señalización de los receptores GABA se debilitó y decayó a un ritmo más rápido. Los animales sufrieron convulsiones espontáneas que aumentaron en intensidad con cada episodio. A medida que aumentaba la intensidad de las convulsiones, se produjo una mayor alteración en la función cerebral y la respiración. Se identificó que las convulsiones fueron la causa última de la muerte, mientras que se descubrió que una disminución en el funcionamiento adecuado de la colibistina fue la causa próxima de la muerte.

Actualmente se conocen 3 isoformas de colibistina. Cada isoforma es similar en que contienen un dominio de unión a RhoGEF (DH) y un dominio de homología de pleckstrina (PH). ^{[ 26 ]} La diferencia radica en el extremo N-terminal, tanto en la secuencia como en la presencia o ausencia de un dominio de homología de Src (SH3). El grupo SH3, responsable de la inhibición de la actividad proteica, se encuentra conectado al extremo N-terminal de la colibistina. ^{[ 27 ]} Sin embargo, la isoforma conectada a la parte SH3- de este extremo permanece constantemente activa y envía señales continuamente a otras proteínas. ^{[ 28 ]} Esta región es capaz de agrupar gefrina sin necesidad de ser instruida por neurotransmisores u otras proteínas. La siguiente isoforma de colibistina que se analizará se encuentra conectada al extremo SH3+ del extremo N-terminal. Esta isoforma permanece plegada hasta que se requiere para la agrupación. De manera similar, la última isoforma también permanece plegada hasta que la neuroligina-2 o la neuroligina-4 se unen a la proteína. ^{[ 29 ]} También difieren en la secuencia del extremo C-terminal. Las isoformas se denominan CB1, CB2 y CB3. Estas tres formas se han identificado en ratas, mientras que solo la CB3 se ha identificado en humanos y se denomina hPEM2. ^{[ 30 ]}

Las variantes de empalme son las mismas proteínas estructuralmente, pero contienen diferentes secuencias de ARNm producidas por empalme alternativo. Las variantes de empalme de la colibistina conservan los dominios DH y PH, sin embargo, difieren en los grupos SH3 del dominio N-terminal y C-terminal. ^{[ 31 ]} Las variantes SH3- pueden inducir la translocación a ubicaciones submembrana debido a que son enzimáticamente activas. La variante de empalme que se encuentra más comúnmente en el sistema nervioso central es SH3+. Esta variante de empalme está autoinhibida. Tanto la variante SH3+ como la SH3- aumentan la producción de agrupamiento de gefirina. SH3+ lo hace produciendo agrupamientos no sinápticos que no tienen fracciones. Mientras que la variante SH3- se centra en los agrupamientos de gefirina en los sitios postsinápticos. Además, la variante SH3- puede formar complejos ternarios, pero SH3+ no puede. Si bien estas variantes pueden aumentar los niveles de agrupamiento de gefirina, también impactan directamente la formación de sinapsis GABAérgicas. Además, cualquier mutación relacionada con estas variantes provoca deterioro cognitivo.

La ausencia de colibistina se observa comúnmente en el cerebro, especialmente en la corteza cerebral, el hipocampo o el cerebelo; sin embargo, se produce resistencia a la colibistina. ^{[ 32 ]} Algunas partes del cerebro permanecen completamente normales en ausencia de colibistina. Existen varias razones por las que algunas partes del cerebro son resistentes a esta proteína, como la presencia de otras proteínas como SynArfGEF, diferentes procesos de andamiaje o incluso una organización sináptica diferente. Muchas veces, la colibistina no es necesaria para el mantenimiento en todas las partes del cerebro. Las sinapsis inhibitorias resistentes a la colibistina aún pueden mantener la agrupación de gefirina y el anclaje del receptor GABA, muchas veces mediante el uso de una proteína diferente. La resistencia depende del sitio sináptico. Las sinapsis glicinérgicas pueden funcionar con normalidad tras la eliminación de la colibistina, lo que significa que la proteína no es esencial en esta área del sistema sináptico cerebral. Mediante el estudio de la resistencia a la colibistina, se descubrió que existen mecanismos de reserva en el cerebro para intentar mitigar el posible daño que podría causar la eliminación de la colibistina.

Gephyrin: Descubierta originalmente en 1982, ^{[ 33 ]} esta proteína de andamiaje es necesaria para la agrupación de los receptores de glicina y ácido γ-aminobutírico. Al igual que la colibistina, esta proteína es esencial para la función cerebral y posee tres dominios: el dominio G, el dominio C y el dominio E. El dominio C es responsable de la unión a otras proteínas y de las modificaciones postraduccionales. Los dominios G y E son responsables de la agrupación de la gephyrin en grandes estructuras. La gephyrin se localiza cerca de las sinapsis inhibitorias bajo la membrana celular, especialmente cerca de donde se produce la señalización de glicina y GABA. Esta proteína aporta estructura y garantiza el correcto funcionamiento del sistema inhibitorio cerebral.

Neuroglin-2 (NL2): Esta proteína también inhibe la actividad sináptica. ^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]} Como proteína de adhesión postsináptica, ^{[ 37 ]} NL2 se une a la neurexina en la membrana postsináptica. La unión de estas dos proteínas crea una conexión entre la membrana postsináptica y la membrana presináptica. Esto permite que los neurotransmisores se alineen con los receptores. Además, NL2 activa la actividad de la colibistina en la isoforma SH3+ y dirige el proceso de formación de andamios.

Cdc42: Esta proteína es un regulador del tráfico ^{[ 38 ]} , parte de la familia Rho de GTPasas . ^{[ 39 ]} Cdc42 controla la actividad de las proteínas en la membrana y ayuda a dirigirlas a las áreas correctas; esto se logra bloqueando ciertas vías para que las proteínas no terminen en un área donde no son necesarias. Esta proteína también es esencial para el correcto funcionamiento de NL2. En sus formas activadas, se asocia directamente con el complejo COPI y activa las vías de señalización. Cdc42 luego ayuda a alinear la gefirina en la membrana para que la colibistina se una. Si Cdc42 permanece activo o inactivo, su red de tráfico deja de funcionar.

TC10: Esta proteína, perteneciente a la familia Rho de GTPasas, ^{[ 39 ]} regula las vías de señalización y la remodelación del citoesqueleto. TC10 aporta estructura a la célula y contribuye al control de su comportamiento. Además, TC10 alterna entre estados activo e inactivo para controlar el procesamiento molecular. En su estado activo, TC10 presenta largas y fuertes extensiones de membrana con baja actividad GTPasa. Esta proteína se localiza cerca del núcleo celular.

Receptor GABA _A : El receptor GABA _A es uno de los principales receptores inhibidores del cerebro. ^{[ 40 ]} Estos receptores son canales iónicos regulados por ligando que se abren durante la unión de neurotransmisores. Los receptores GABA tienen cinco subunidades proteicas, y cada una de estas cinco subunidades tiene sus propias subunidades. Existen receptores GABA sinápticos y extrasinápticos. Los receptores sinápticos se localizan en los sitios postsinápticos y provocan una inhibición rápida y de corta duración. Los receptores extrasinápticos se localizan fuera de las sinapsis y provocan una inhibición más lenta y duradera. La colibistina ayuda a mantener la posición de los receptores en las sinapsis y los ancla.

Profilina: Esta proteína se une a la gefirina y ayuda a mantener la estructura de la membrana celular para permitir la agrupación. ^{[ 41 ]} Esta proteína es un regulador de la actina que se encuentra típicamente en eucariotas. ^{[ 42 ]} La profilina I se puede encontrar en la mayoría de las células de mamíferos, mientras que la profilina IIa se encuentra en las células neurológicas de los mamíferos. La profilina ayuda a la regulación y organización de los filamentos de actina . Además, una vez que la profilina se une directamente a la gefirina, ayuda a construir grandes estructuras agrupadas.

Se ha demostrado que ARHGEF9 interactúa con GPHN ^{[ 43 ]} y SMURF1 . ^{[ 44 ]}

• Localización del genoma humano ARHGEF9 y página de detalles del gen ARHGEF9 en el navegador genómico de UCSC .