Vinculina

En las células de mamíferos, la vinculina es una proteína de membrana y del citoesqueleto presente en las placas de adhesión focal , que participa en la unión de las moléculas de adhesión integrina al citoesqueleto de actina . La vinculina es una proteína del citoesqueleto asociada a las uniones célula-célula y célula-matriz, donde se cree que funciona como una de las diversas proteínas que interactúan para anclar la actina F a la membrana.

Descubierta independientemente por Benny Geiger ^{[ 5 ]} y Keith Burridge , ^{[ 6 ]} su secuencia es entre un 20 y un 30 % similar a la α- catenina , que cumple una función similar.

Al unirse alternativamente a la talina o a la α-actinina, la vinculina modifica su forma y, por consiguiente, sus propiedades de unión. El gen de la vinculina se presenta como una sola copia y, aparentemente, ningún pariente cercano puede asumir sus funciones en su ausencia. Su variante de empalme, la metavinculina (véase más adelante), también necesita de la vinculina para heterodimerizarse y funcionar de forma dependiente.

La vinculina es una proteína del citoesqueleto de 117 kDa con 1066 aminoácidos . La proteína contiene un dominio N-terminal ácido y un dominio C-terminal básico separados por un segmento medio rico en prolina . La vinculina consta de un dominio globular en la cabeza que contiene sitios de unión para la talina y la α-actinina, así como un sitio de fosforilación de tirosina, mientras que la región de la cola contiene sitios de unión para la actina F , la paxilina y los lípidos . ^{[ 7 ]}

Básicamente, tiene una cabeza N-terminal de 835 aminoácidos, que se divide en cuatro dominios. Esta se une a la cola C-terminal mediante una región de enlace.

El reciente descubrimiento de la estructura 3D arroja luz sobre cómo esta proteína adapta su forma para desempeñar diversas funciones. Por ejemplo, la vinculina puede controlar la motilidad celular simplemente cambiando su forma de activa a inactiva. En su estado inactivo, la conformación de la vinculina se caracteriza por la interacción entre sus dominios de cabeza y cola. Al transformarse a la forma activa, como cuando la talina activa la unión, la interacción intramolecular entre la cola y la cabeza se interrumpe. En otras palabras, cuando los sitios de unión de la talina (VBS) de las hélices α se unen a una estructura de haz helicoidal en el dominio de la cabeza de la vinculina, se inicia la conversión del haz helicoidal, lo que lleva a la reorganización de las hélices α (α1-α4), dando como resultado una nueva estructura de haz de cinco hélices. Esta función también se extiende a las células cancerosas, regulando su movimiento y la proliferación del cáncer a otras partes del cuerpo.

La extensión y el movimiento celular ocurren a través del proceso de unión de los receptores de integrina de la superficie celular a las moléculas de adhesión de la matriz extracelular . La vinculina está asociada con las adhesiones focales y las uniones adherentes , lo que resulta en una dinámica proteica significativa . Estos son complejos que nuclean filamentos de actina y enlaces cruzados entre el medio externo, la membrana plasmática y el citoesqueleto de actina . ^{[ 8 ]} El complejo en las adhesiones focales consta de varias proteínas como vinculina, α-actinina, paxilina y talina, en la cara intracelular de la membrana plasmática.

En términos más específicos, el extremo amino de la vinculina se une a la talina, que a su vez se une a las β-integrinas, y el extremo carboxilo se une a la actina, los fosfolípidos y los homodímeros formadores de paxilina. La unión de la vinculina a la talina y la actina está regulada por polifosfoinosítidos e inhibida por fosfolípidos ácidos. El complejo sirve entonces para anclar los filamentos de actina a la membrana y, por lo tanto, ayuda a reforzar la fuerza sobre la talina dentro de las adhesiones focales. ^{[ 9 ]}

La pérdida de vinculina afecta diversas funciones celulares; interrumpe la formación del complejo e impide la adhesión y la extensión celular. La ausencia de esta proteína se manifiesta en una disminución de la extensión celular, acompañada de una menor formación de fibras de estrés, la formación de menos adhesiones focales y la inhibición de la extensión de los lamelipodios . ^{[ 7 ]} Se descubrió que las células deficientes en vinculina presentan conos de crecimiento que avanzan más lentamente, así como filopodios y lamelipodios menos estables que los del tipo silvestre. Según la investigación , se ha postulado que la falta de vinculina podría disminuir la adhesión celular al inhibir el ensamblaje de las adhesiones focales e impedir la polimerización de la actina. Por otro lado, la sobreexpresión de vinculina podría restaurar la adhesión y la extensión celular al promover el reclutamiento de proteínas del citoesqueleto al complejo de adhesión focal en el sitio de unión de la integrina. ^{[ 9 ]} La capacidad de la vinculina para interactuar con las integrinas del citoesqueleto en la adhesión focal parece ser fundamental para el control de la mecánica del citoesqueleto, la extensión celular y la formación de lamelipodios. Por lo tanto, la vinculina parece desempeñar un papel clave en el control de la forma debido a su capacidad para modular la estructura y la función de la adhesión focal. ^{[ 10 ]}

La vinculina se encuentra en equilibrio entre un estado activo e inactivo. ^{[ 11 ]} El estado activo se desencadena al unirse a su pareja designada. Estos cambios ocurren cuando la vinculina interactúa con los puntos de adhesión focal a los que se une. Cuando la vinculina reside en su forma inactiva, la proteína permanece en el citoplasma , a diferencia de los puntos de adhesión focal a los que se une desde el estado activo. Se cree que la molécula talina es el principal iniciador de la activación de la vinculina debido a su presencia en los complejos focales. El modelo combinatorio de la vinculina establece que tanto la α-actinina como la talina pueden activar la vinculina, ya sea solas o con la ayuda de PIP2 o actina . Esta activación tiene lugar por la separación de la conexión cabeza-cola dentro de la vinculina inactiva. ^{[ 11 ]}

Los sitios de unión de la vinculina se encuentran predominantemente en la talina y moléculas similares a la talina, lo que permite la unión de la vinculina a la talina y estabiliza las uniones célula-matriz mediadas por integrinas. La talina, a su vez, une las integrinas al citoesqueleto de actina . La secuencia consenso para los sitios de unión de la vinculina es LxxAAxxVAxxVxxLIxxA, con una predicción de estructura secundaria de cuatro hélices anfipáticas . Los residuos hidrofóbicos que definen el VBS están enmascarados y se encuentran enterrados en el núcleo de una serie de haces helicoidales que conforman la varilla de la talina. ^{[ 12 ]}

Los músculos lisos y esqueléticos (y probablemente en menor medida el músculo cardíaco ) en su estado bien diferenciado (contráctil) coexpresan (junto con la vinculina) una variante de empalme que contiene un exón adicional en la región codificante 3', codificando así una isoforma más larga, la metavinculina (meta VCL), con un peso molecular de aproximadamente 150 kDa, una proteína cuya existencia se conoce desde la década de 1980. ^{[ 13 ]} La traducción del exón adicional provoca una inserción rica en aminoácidos de 68 a 79 aminoácidos entre las hélices I y II dentro del dominio de la cola C-terminal. Las mutaciones dentro de la región de inserción se correlacionan con la miocardiopatía dilatada idiopática hereditaria . ^{[ 14 ]}

La longitud del inserto en metavinculina es de 68 AA en mamíferos y 79 en rana. ^{[ 15 ]} Compararon secuencias de metavinculina de cerdo, hombre, pollo y rana, y encontraron que el inserto es bipartito: la primera parte variable y la segunda altamente conservada. Ambas isoformas de vinculina se colocalizan en estructuras adhesivas musculares, como placas densas en músculos lisos, discos intercalares en cardiomiocitos y costámeros en músculos esqueléticos. ^{[ 16 ]} El dominio de la cola de metavinculina tiene una menor afinidad por la cabeza en comparación con la cola de vinculina. En el caso de la metavinculina, el despliegue del bucle hidrofóbico en horquilla C-terminal del dominio de la cola se ve afectado por las cargas negativas del inserto de 68 aminoácidos, por lo que se requiere la isoforma regular de vinculina activada por fosfolípidos para activar completamente la molécula de metavinculina.

Se ha demostrado que la vinculina interactúa con:

• CDH1 , ^{[ 17 ] [ 18 ]}
• Paxilina , ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} y
• SORBS1 . ^{[ 22 ]}

En casos de sobrecrecimiento bacteriano del intestino delgado que se presentan como síntomas del SII , se ha identificado que los anticuerpos anti-CdtB afectan la función de la vinculina, que es necesaria para la motilidad intestinal. ^{[ 23 ]}

• Resumen de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : P18206 (Vinculina humana) en el PDBe-KB .
• Resumen de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : Q64727 (vinculina de ratón) en el PDBe-KB .