Modulación de uniones comunicantes

La activación de Vj controla el tamaño de la unión comunicante y puede reducir el tamaño del canal hasta en un 40% desde su estado completamente abierto. ^{[ 1 ] [ 7 ]} La sensibilidad al voltaje se atribuye en gran medida al extremo NH2 citoplasmático de la unión comunicante , que responde a voltajes pequeños (2-3 mV). ^{[ 7 ] [ 9 ]} La modulación de la activación por voltaje está asociada con la carga de la conexina ; las conexinas con carga positiva se cierran con la hiperpolarización y las conexinas con carga negativa se cierran con la despolarización . ^{[ 7 ]} Además de la carga de la conexina, la activación de Vj también está regulada por diferentes concentraciones de Ca ²⁺ , H ⁺ y calmodulina. ^{[ 8 ]}

Se hipotetiza que la activación lenta por voltaje es similar a la activación por Vj en términos de mecanismo, pero a diferencia de esta última, cierra completamente el canal a un estado no conductor. ^{[ 7 ]} Esta modulación es más lenta que el método de activación anterior, ya que ocurre en respuesta a la activación por Vj. ^{[ 7 ]} La regulación temporal del voltaje también está sujeta a voltajes más altos (10-30 mV), ^{[ 7 ]} varios factores naturales, como lipofílicos y pH bajo, y el acoplamiento de dos hemicanales . ^{[ 7 ]} Los mecanismos exactos tanto de la activación por Vj como de la activación lenta por voltaje siguen siendo desconocidos, pero se predice que el cambio de carga hace que el dominio NH2-terminal citoplasmático se mueva hacia el citoplasma para disminuir el tamaño del poro. ^{[ 7 ]}

El calcio existe en los organismos en forma del ion Ca²⁺ ^y es un modulador eficaz de las uniones comunicantes, con una estrecha relación con la regulación por voltaje. Un aumento en la concentración intracelular de iones de calcio por encima de 500 nM provoca una rápida disminución de la permeabilidad de las membranas plasmáticas . ^{[ 5 ]} Se sabe que esta modulación a través del calcio es protectora, ya que impide que las células muertas induzcan apoptosis en las células vecinas. ^{[ 10 ]} Sin embargo, rara vez se observa una alta concentración de Ca²⁺ ^, ya que este mecanismo de regulación es autoinhibitorio. ^{[ 8 ] Las concentraciones de} Ca²⁺ son un determinante crucial de la regulación por voltaje, ya que la entrada y el movimiento de Ca²⁺ ^son necesarios para la despolarización. ^{[ 8 ]}

La permeabilidad de las uniones comunicantes también se ve influenciada por el pH de su entorno. La sensibilidad al pH depende del tipo de conexina que compone la unión comunicante, pero los canales generalmente se cierran a un pH de 6,4-6,2. ^{[ 8 ] [ 10 ]} En condiciones ligeramente ácidas, se observa que los canales de las uniones comunicantes permanecen cerrados a pesar de los cambios de voltaje, mientras que en condiciones fuertemente ácidas, los canales se abren con el voltaje, pero se cierran inmediatamente.

Los informes indican además una relación sinérgica entre los iones de hidrógeno y la concentración intracelular de calcio en la reducción de la permeabilidad de las uniones comunicantes. ^{[ 8 ] [ 10 ]} Estudios en células cardíacas observaron que la acidosis, la disminución del pH, por sí sola tenía un efecto limitado en la reducción de la difusión del colorante entre las células; la reducción se incrementó significativamente con un aumento en la concentración intracelular de calcio. ^{[ 8 ]}

La calmodulina (CaM) es una proteína compuesta por 148 aminoácidos que desempeña un papel tanto intermediario como directo en la regulación de las uniones comunicantes. ^{[ 6 ] [ 8 ]} La calmodulina actúa como regulador de los canales de membrana, incluyendo canales iónicos de potasio activados por Ca ^{2+ pequeños e intermedios,} canales de Ca ²⁺ de tipo L , canales de Ca ²⁺ de tipo P/Q y canales iónicos de sodio . ^{[ 8 ]} Todos estos canales de membrana pueden influir aún más en las concentraciones de cationes , determinando el gradiente electroquímico de la membrana celular y afectando la activación por voltaje. ^{[ 8 ]}

La calmodulina también actúa directamente sobre las uniones comunicantes a través de sus dos sitios de unión a Ca²⁺ ^. [ ^{8 ] [ 10 ] Con} la unión de Ca²⁺ ^, la calmodulina experimenta un cambio conformacional que finalmente bloquea el canal de la unión comunicante, impidiendo el paso de material citoplasmático. ^{[ 8 ]} Asimismo, mientras que la inhibición de la expresión de calmodulina aumenta la probabilidad de cierre de las uniones comunicantes, los antagonistas y bloqueadores de CaM promueven la apertura de las uniones comunicantes. ^{[ 5 ] [ 8 ]}

La fosforilación , la adición de un grupo fosfato, desempeña un papel importante en la regulación tanto de las uniones comunicantes como de las subunidades que las forman. La proteína de las uniones comunicantes , la conexina, generalmente posee varios sitios de fosforilación (la conexina Cx43 tiene 21). ^{[ 11 ] [ 12 ]} La unión del fosfato a estos sitios puede producir diversos efectos que influyen en aspectos del ciclo de vida de la proteína. ^{[ 11 ]} Por ejemplo, la fosforilación de los sitios de fosforilación de la Cx43 promueve su transporte desde el aparato de Golgi a la membrana plasmática . ^{[ 11 ]} La posterior oligomerización de esta proteína en hemicanales y de los hemicanales en uniones comunicantes también es inducida por la fosforilación. ^{[ 12 ]} Asimismo, la degradación puede iniciarse por fosforilación, así como por cambios en la activación, que determina la permeabilidad de las uniones comunicantes. ^{[ 13 ]}

La fosforilación de las uniones comunicantes y sus subunidades se logra típicamente a través de quinasas de proteínas, enzimas que agregan fosfatos a los aminoácidos de las proteínas. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} Las quinasas de serina/treonina , que fosforilan el grupo hidroxilo de los residuos de serina o treonina, forman la mayor parte de las quinasas de fosforilación de conexinas. Estas incluyen la proteína quinasa C (PKC), la proteína quinasa G (PKG), la quinasa II dependiente de Ca2+/calmodulina (CaMKII), la proteína quinasa A dependiente de cAMP (PKA), la MAP quinasa (MAPK) y la caseína quinasa (CK). ^{[ 11 ]} La quinasa Src es la única tirosina quinasa que se ha observado que fosforila conexinas. ^{[ 11 ]} Las quinasas de proteínas varían en sus conexiones objetivo, sitios específicos de fosforilación y efecto de fosforilación. ^{[ 11 ]}

Por ejemplo, la fosforilación de PKA afecta tanto la actividad de los hemicanales como la de las conexinas. ^{[ 11 ]} En este caso, la actividad de los hemicanales neuronales se suprime al reducir la permeabilidad, mientras que las conexinas se ven afectadas por un aumento del tráfico y el ensamblaje en uniones comunicantes. La actividad de PKA se asocia principalmente con un aumento de la concentración de AMPc . ^{[ 11 ]} Por otro lado, la fosforilación de PKB puede impedir la unión de la proteína zonula occludens-1 , lo que resulta en un aumento del tamaño de las uniones comunicantes y de la permeabilidad de los hemicanales. ^{[ 11 ]} Su actividad suele ser una respuesta a cambios fisiológicos como heridas o hipoxia . ^{[ 11 ]}

La ubiquitina es una proteína globular pequeña y de larga vida que se une covalentemente a los residuos de lisina de las proteínas diana en un proceso conocido como ubiquitinación. ^{[ 14 ]} Al igual que la fosforilación, actúa como regulador postraduccional de muchas proteínas, incluida la conexina. ^{[ 14 ]} Se ha observado que la ubiquitinación está muy involucrada en las etapas finales del ciclo de vida de la proteína conexina, regulando tanto la endocitosis de las uniones comunicantes como la degradación de la conexina. ^{[ 15 ]} Sin embargo, los detalles de las vías específicas y las proteínas involucradas aún se están estudiando.

Los distintos efectos de la ubiquitinación tienden a variar ampliamente, dependiendo de los tejidos y la localización subcelular donde ocurre y del tipo de ubiquitina involucrada. ^{[ 15 ]} Por ejemplo, la Cx43 recién sintetizada en el retículo endoplasmático puede sufrir poliubiquitinación, lo que resulta en su reconocimiento por los proteasomas que llevan a cabo la degradación de proteínas asociada al retículo endoplasmático (ERAD). ^{[ 15 ]} La ubiquitinación de la Cx43 que se encuentra en la membrana plasmática y organizada en uniones comunicantes dará como resultado la internalización, o endocitosis, seguida de la degradación de la Cx43 por los lisosomas. ^{[ 15 ]}

Se ha demostrado que la nitrosilación , la adición de un grupo óxido nítrico (NO), desempeña un papel importante en las modificaciones postraduccionales tanto de las proteínas de las uniones comunicantes como de los hemicanales. ^{[ 16 ]} La nitrosilación puede inducirse en las proteínas conexinas o en proteínas que regulan aún más las conexinas, como las quinasas. El tipo de nitrosilación que se produce es la S-nitrosilación, la adición de un grupo óxido nítrico a un tiol de cisteína de una proteína. ^{[ 17 ]}

Los experimentos sobre la S-nitrosilación y el ciclo de vida de las uniones comunicantes sugieren que desempeña un papel en la regulación del tráfico de hemicanales y la formación de uniones comunicantes; la adición de NO aumentó rápidamente el nivel de conexina Cx40 y Cx43 en la membrana plasmática, así como la formación de uniones comunicantes en células endoteliales. ^{[ 17 ]} El mecanismo subyacente a este fenómeno aún se desconoce, pero se cree que las condiciones prooxidantes inducidas por el NO modulan las propiedades del aparato de Golgi , responsable de la modificación y clasificación de proteínas. ^{[ 17 ]}