Proteínas de unión a la calmodulina

Las proteínas de unión a la calmodulina son, como su nombre lo indica, proteínas que se unen a la calmodulina . La calmodulina puede unirse a una variedad de proteínas a través de un mecanismo de unión de dos pasos , a saber, "ajuste conformacional y ajuste inducido mutuamente ", ^{[ 1 ]} donde típicamente dos dominios de calmodulina se enrollan alrededor de un dominio de unión a la calmodulina helicoidal emergente de la proteína diana.

Algunos ejemplos son:

• Proteína Gap-43 (presináptica)
• Neurogranina (postsináptica)
• Caldesmón

Diversos iones, incluido el calcio (Ca²⁺ ⁾ , desempeñan un papel fundamental en la regulación de las funciones celulares. La calmodulina, una proteína que se une al calcio y media la señalización de ^Ca²⁺ , participa en todo tipo de mecanismos celulares, como el metabolismo, la plasticidad sináptica, el crecimiento nervioso y la contracción del músculo liso. La calmodulina permite que varias proteínas contribuyan al desarrollo de estas vías mediante sus interacciones con la calmodulina (CaM) en su estado libre de Ca²⁺ ^o unido a Ca²⁺ ^. Cada proteína posee una afinidad única por la calmodulina, la cual puede ser modulada por las concentraciones de Ca²⁺ ^para permitir la liberación o unión deseada a la calmodulina, lo que determina su capacidad para llevar a cabo su función celular. Las proteínas que se activan al unirse al estado unido a Ca²⁺ ^incluyen la cinasa de la cadena ligera de miosina , la fosfatasa , la proteína cinasa II dependiente ^de Ca²⁺ /calmodulina , etc. Sin embargo, las proteínas, como la neurogranina, que desempeña un papel vital en la función postsináptica, pueden unirse a la calmodulina en estado libre de Ca²⁺ ^o unido a Ca²⁺ ^a través de sus motivos de unión a calmodulina IQ . ^{[ 2 ]} Dado que estas interacciones son excepcionalmente específicas, pueden ser reguladas mediante modificaciones postraduccionales por enzimas como cinasas y fosfatasas para afectar sus funciones celulares. En el caso de la neurogranina, la función sináptica puede ser inhibida por la fosforilación mediada por PKC de su motivo de unión a calmodulina IQ, lo que impide su interacción con la calmodulina. ^{[ 3 ]}

Las funciones celulares pueden ser reguladas indirectamente por la calmodulina, ya que actúa como mediador de enzimas que requieren estimulación por Ca²⁺ para su activación. Diversos estudios han demostrado que la afinidad de la calmodulina por el Ca²⁺ ^{aumenta cuando} se une a una proteína de unión a calmodulina, lo que le permite ejercer su función reguladora en reacciones dependientes de Ca²⁺ ^. La calmodulina, compuesta por dos pares de motivos EF-hand separados en diferentes regiones estructurales por una región helicoidal alfa extendida, le permite responder a los cambios en la concentración citosólica de iones Ca²⁺ ^adoptando dos conformaciones distintas: un estado inactivo sin Ca²⁺ ^unido y un estado activo unido a Ca²⁺ ^. La calmodulina se une a las proteínas diana mediante secuencias peptídicas cortas complementarias, provocando un cambio conformacional de "ajuste inducido" que modifica la actividad de las proteínas de unión a calmodulina según se requiera, en respuesta a las señales del segundo mensajero Ca²⁺ ^que surgen debido a cambios en las concentraciones  intracelulares de Ca²⁺ ^. Estas señales de Ca ^2+, que actúan como segundos mensajeros  , se transducen e integran para mantener un equilibrio homeostático de los iones Ca ^{2+ . [ 4 ]}

Presente en el sistema nervioso, la GAP-43 es una proteína asociada al crecimiento (GAP) que se expresa en altos niveles durante el desarrollo presináptico y el crecimiento axonal regenerativo. Como componente principal del cono de crecimiento, un aumento en las concentraciones de GAP-43 retrasa la evolución de los conos de crecimiento axonal hacia terminales sinápticas estables. Todas las proteínas GAP-43 comparten una secuencia de aminoácidos completamente conservada que contiene un dominio de unión a calmodulina y un residuo de serina que puede utilizarse para inhibir la unión de la calmodulina tras la fosforilación de la proteína quinasa C (PKC). Gracias a estas propiedades de unión a la calmodulina, la GAP-43 puede responder a la activación de la PKC y liberar calmodulina libre en las áreas deseadas. Cuando las concentraciones de Ca²⁺ son bajas ^, la GAP-43 puede unirse y estabilizar el estado inactivo de la calmodulina sin Ca²⁺ ^, lo que le permite absorber e inactivar reversiblemente la CaM en los conos de crecimiento. Esta unión de la calmodulina a GAP-43 es posible gracias a la interacción electrostática entre la calmodulina, cargada negativamente, y el “bolsillo” cargado positivamente que se forma en la molécula de GAP-43. ^{[ 5 ]}

• Proteínas de unión a calmodulina en los encabezamientos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.