capa iónica cero

La capa iónica cero es el principal sitio de interacción en el complejo SNARE central . Las interacciones dipolo-dipolo tienen lugar entre 3 residuos de glutamina (Q) y 1 residuo de arginina (R) expuestos en esta capa. A pesar de ello, la mayor parte del complejo SNARE es hidrofóbica debido a la cremallera de leucina . ^{[ 1 ]} Las capas ampliamente estudiadas dentro del haz alfa-helicoidal SNARE se designan de "-7" a "+8". La capa iónica cero se encuentra en el centro del haz y, por lo tanto, se designa como capa "0". ^{[ 2 ]}

El complejo SNARE es un haz formado por 4 proteínas alfa-helicoidales, que incluyen la sinaptobrevina asociada a vesículas y la sintaxina asociada a la membrana celular y SNAP . ^{[ 3 ]} Cuando se observa el haz de lado, por cada vuelta de hélice alfa, los carbonos alfa de cada hélice forman un plano, que se denomina "capa". A lo largo del haz helicoidal, desde el extremo N-terminal hasta el extremo C-terminal , las capas se designan de "-7" a "+8" respectivamente. La capa "0" (es decir, la capa iónica cero) se encuentra en el centro del haz helicoidal. ^{[ 2 ] [ 4 ]}

La capa iónica cero es un dominio iónico dentro del complejo alfa-helicoidal ( complejo SNARE ), que de otro modo sería mayoritariamente hidrofóbico. Se estabiliza mediante fuerzas atractivas ( interacciones dipolo-dipolo ) entre tres grupos carbonilo parcialmente cargados negativamente de residuos de glutamina y una arginina cargada positivamente . ^{[ 5 ]} Específicamente, estos grupos interactuantes incluyen Q226 en Syntaxin , Q53 en SNAP-25 (Sn1), Q174 en SNAP-25 (Sn2) y R56 en Synaptobrevin (v-SNARE). ^{[ 1 ]}

Los cuatro aminoácidos se disponen asimétricamente en la capa, como se muestra en la imagen. Sin embargo, sus intensas interacciones garantizan la estabilidad de la capa: el extremo de la cadena lateral de arginina se sitúa en el centro de la asimetría y los grupos amino forman enlaces de hidrógeno con los tres residuos de glutamina. De este modo, se establece un ajuste estérico y electrostático adecuado. ^{[ 6 ]}

Las proteínas SNARE son una familia de proteínas que se localizan en las membranas celulares y median en las vías secretoras . ^{[ 7 ]} El complejo se forma durante la exocitosis , un proceso en el que las vesículas dentro de la célula se fusionan con la membrana celular para secretar moléculas al espacio extracelular. ^{[ 3 ] [ 8 ]}

La capa iónica cero del complejo SNARE es de especial interés para los científicos que estudian SNARE debido a sus tres características. En primer lugar, es la única región hidrofílica en todo el complejo SNARE hidrofóbico; en segundo lugar, a diferencia de la mayoría de las otras capas, muestra asimetría; en tercer lugar, la disposición 3Q:1R se encuentra en casi toda la superfamilia SNARE entre las células eucariotas. ^{[ 6 ] [ 4 ]} Estos aspectos únicos implican su importancia para los organismos eucariotas en general. Sin embargo, la estructura y las funciones exactas de la capa iónica cero aún están bajo investigación. ^{[ 6 ] [ 2 ]}

Estudios previos se han centrado en cómo las mutaciones en esta capa afectarían la funcionalidad del complejo SNARE en las vías secretoras. Si bien el mecanismo exacto aún requiere mayor investigación, estos estudios han revelado que la integridad de la capa iónica cero no es esencial para la correcta alineación durante la formación del complejo, pero sí lo es para la disociación del complejo SNARE y el reciclaje de sus cuatro proteínas alfa-helicoidales constituyentes después de la exocitosis. ^{[ 1 ] [ 6 ]}

Una ATPasa (NSF) junto con un cofactor (α-SNAP) facilita la degradación del complejo SNARE tras la finalización de la exocitosis. ^{[ 9 ]} Los estudios han sugerido que, durante el proceso de disociación, el complejo NSF/α-SNAP actúa específicamente sobre la capa iónica cero, en particular, sobre el residuo de glutamina (Q226) en la sintaxina. El residuo de glutamina transmite el cambio conformacional del complejo NSF/α-SNAP al complejo SNARE para interrumpir y, por lo tanto, disociar el complejo SNARE en la capa iónica cero. ^{[ 1 ] [ 6 ]} Más específicamente, aunque la capa iónica está enterrada dentro del complejo hidrofóbico en su mayor parte, durante la disociación, el complejo NSF/α-SNAP puede perturbar el blindaje hidrofóbico y permitir así la entrada de moléculas de agua al núcleo. Esta exposición de otras moléculas hidrofílicas perturba el equilibrio original de los enlaces de hidrógeno y, por lo tanto, facilita el desensamblaje del haz de hélices alfa. ^{[ 4 ]}

En estudios que utilizan las proteínas SNARE exocíticas de la levadura como modelos, una mutación de glutamina a arginina en la capa iónica cero produce células de levadura con un crecimiento deficiente y una baja capacidad de secreción de proteínas. Sin embargo, una mutación de arginina a glutamina en esta capa produce células de levadura funcionalmente de tipo silvestre. ^{[ 6 ]} En la mutación donde los cuatro aminoácidos de la capa iónica cero son residuos de glutamina, las células aún presentan una capacidad secretora normal, pero los defectos pueden acentuarse cuando existen otras mutaciones. ^{[ 10 ]}

Las mutaciones complementarias, en las que una mutación de glutamina a arginina se combina con una mutación de arginina a glutamina en la capa iónica cero, también han dado como resultado células de levadura funcionalmente de tipo salvaje, según su capacidad secretora. ^{[ 11 ]}

Estos estudios de mutación se han realizado para estudiar el papel de los cuatro aminoácidos en la capa iónica cero. Los mecanismos subyacentes que explican por qué estas mutaciones conducen a ciertos resultados no se discuten en profundidad. En general, los residuos de glutamina en esta capa son de vital importancia para la funcionalidad de las cepas mutadas. Siempre que la glutamina permanezca intacta o se compense de alguna manera durante la mutación, se conservará la funcionalidad del complejo SNARE. ^{[ 6 ] [ 10 ] [ 11 ]}