Los canales de dos poros (TPC) son canales iónicos selectivos de cationes intracelulares eucarióticos activados por voltaje y activados por ligando . [1] Hay dos parálogos conocidos en el genoma humano, TPC1 y TPC2. [2] En los seres humanos, los TPC1 son selectivos para el sodio y los TPC2 conducen iones de sodio, iones de calcio y posiblemente iones de hidrógeno. Los TPC1 de planta son canales no selectivos. La expresión de TPC se encuentra tanto en vacuolas vegetales como en orgánulos ácidos animales . [3] Estos orgánulos constan de endosomas y lisosomas . [3] Los TPC se forman a partir de dos subunidades transmembrana no equivalentes en tándem formadoras de poros, similares a Shaker , dimerizadas para formar cuasi- tetrámeros . Los cuasi tetrámeros parecen muy similares a los tetrámeros, pero no son exactamente iguales. [1] [3] Algunas funciones clave de los TPC incluyen respuestas dependientes del calcio en las contracciones musculares, secreción hormonal, fertilización y diferenciación. [ cita necesaria ] Los trastornos relacionados con las TPC incluyen el tráfico de membranas , la enfermedad de Parkinson , el ébola y el hígado graso . [4] [5] [6] [7]
Como lo implica su nombre, los canales TPC poseen dos poros y recibieron su nombre por sus dos repeticiones tipo Shaker, cada una de las cuales tiene un dominio de poro. [1] [8] [9] [10] [11] Esto contrasta con los canales de potasio con dos dominios de poros , que de manera confusa tienen solo un poro y recibieron su nombre por el hecho de que cada subunidad tiene dos dominios P (poros) en su secuencia primaria. [12] [13]
Aunque queda mucho por descubrir sobre la función de los TPC, hasta ahora se han estudiado exhaustivamente. Se han planteado muchas preguntas sobre la función específica de los canales TPC, así como sobre los iones y moléculas que parecen estar más estrechamente relacionados con estos canales. Algunos de estos iones son sodio, calcio y NAADP . El conocimiento actual sobre las TPC proviene de experimentos realizados en ratones y plantas, especialmente Arabidopsis thaliana . [14] Además, debido a la localización de estos canales en los mamíferos, es difícil utilizar registros electrofisiológicos en ellos. Por lo tanto, estos canales TPC deben expresarse en compartimentos u orgánulos alternativos de la célula, como las vacuolas vegetales, que se estudiarán mediante métodos electrofisiológicos, especialmente la técnica de patch-clamp . Para visualizar claramente las vacuolas de las plantas, los científicos se han basado en la microscopía fluorescente en sus experimentos. Utilizando estas técnicas, los científicos han podido recopilar importantes datos cualitativos para sacar conclusiones sobre las funciones del TPC en los mamíferos. Específicamente, los científicos pudieron concluir que los TPC humanos son predominantemente canales de sodio dependientes de voltaje, y que PI(3,5)P2, un fosfoinosítido específico de endolisosoma (PIP), es un activador directo de los canales de TPC, mientras que NAADP en realidad no es un activador como antes se suponía que era. [15]
En la boca del poro del TPC, hay cuatro residuos de aminoácidos con cargas negativas que pueden interactuar con los iones que lo atraviesan. Este sitio es demasiado amplio para seleccionar iones. Debajo del grupo de cargas negativas se encuentra el filtro de selectividad, que es en gran medida hidrófobo. Hay dos subunidades formadoras de poros tipo Shaker no idénticas. La subunidad 1 consta del dominio de detección de voltaje 1 (VSD1) y la subunidad 2 consta del dominio de detección de voltaje 2 (VSD2). Los dos dominios de la subunidad están separados por un dominio de mano EF que tiene un motivo de unión a iones calcio. Este motivo de unión puede facilitar la activación del canal por iones de calcio citosólicos. Cada una de las dos subunidades está construida a partir de 12 hélices transmembrana. Los dos dominios de poros centrales se combinan a partir de los dominios de detección de voltaje, VSD1 y VSD2. Tanto el dominio N-terminal (NTD) como el dominio C-terminal (CTD) se extienden en el lado citosólico, junto con el dominio EF-hand en el centro que se extiende hacia el citoplasma. El dominio de la mano EF se extiende hacia el citosol, ubicado entre VSD1 y VSD2, donde puede ser activado por el calcio citosólico. El dominio VSD2 es activo sensible al voltaje y puede ser inhibido por el calcio en la luz. Este es un cambio de conformación del estado de activación al estado inactivo. Dos anillos de residuos hidrofóbicos sellan la cavidad porosa del citoplasma; esto da como resultado la formación de la puerta del poro. Los sensores de voltaje, el filtro de selectividad y la puerta trabajan juntos de manera coordinada para abrir y cerrar los TPC para regular la conductancia de iones. [1]
El dominio VSD2 contiene un motivo de detección de voltaje normal, residuos de arginina R1, R2 y R3 y hélice alfa S10, [16] con respecto a otras estructuras de canales iónicos activados por voltaje, pero este dominio adopta una conformación distinta en el estado de reposo de un voltaje. sensor. El calcio luminal actúa como inhibidor de TPC1, previniendo la conductancia de iones. Hay dos sitios de unión de calcio para VSD2 en el lado luminal. El primer sitio no afecta al canal. El sitio 2, compuesto por residuos en VSD2 y el dominio del poro, inhibe el canal al cambiar la dependencia del voltaje a voltajes más positivos. [1]
La activación de las TPC es inducida por una disminución del potencial transmembrana o por un aumento de las concentraciones de calcio en el citosol. El pH bajo de la luz y la baja concentración de calcio podrían provocar la inhibición de estos canales. Los TPC también son canales activados por fosforilación tanto en animales como en plantas. Los sitios de fosforilación se encuentran en los dominios N-terminal y C-terminal. Estas terminales están posicionadas para proporcionar un cambio alostérico para ser activadas por el calcio del citosol. [1]
Los TPC humanos y vegetales son multimodales en cuanto a conductancia. El mecanismo para la apertura del canal probablemente contribuya a una combinación de concentraciones de calcio, voltaje e integración de la fosforregulación, con el fin de gobernar la conducción de iones a través de los TPC. [1]
Los canales de dos poros se analizaron mediante el uso de métodos biológicos celulares, técnicas de pinzamiento de parche endolisosomal y una variedad de otros métodos para estudiar sus funciones. A partir de estos, se sugirió que los TPC tienen cierto poder para controlar el pH luminal en las vesículas endolisosomales. Cuando la expresión de TPC2 disminuye o se elimina, se produce una elevación resultante en la producción de melanina y, por tanto, en el pH melanosomal, y cuando la expresión de TPC2 aumenta, hay menos producción de melanina. [17]
Los TPC también participan en la detección de nutrientes, ya que se vuelven activos constitutivamente en la identificación del estado de los nutrientes. Esto se hace mediante comunicación directa entre los TPC y los objetivos mecánicos/mamíferos de la rapamicina (mTOR), que están asociados con la detección de niveles de oxígeno, nutrientes y energía en las células y, por lo tanto, ayudan con la regulación del metabolismo. Es así como los TPC desempeñan un papel en esta regulación fisiológica a través de esta interacción. [17]
Los TPC regulan la conductancia de los iones de sodio y calcio, el pH intravascular y la excitabilidad del tráfico. Se ha demostrado que el segundo mensajero fosfato de adenina dinucleótido de ácido nicotínico ( NAADP ) media la liberación de calcio de estos orgánulos ácidos a través de los TPC. [3] [18] Los TPC2 son canales de liberación de calcio activados por NAADP donde estas corrientes de TPC pueden ser bloqueadas por antagonistas de NAADP. [18] TCP2 desempeña un papel fundamental en la endocitosis que permite que el virus SARS-CoV-2 ingrese a las células. [19]
Pueden producirse diversas dolencias por la caída de estos canales, desde enfermedades metabólicas e infecciosas generales hasta incluso cáncer. Las condiciones patológicas debidas a esta falta de TPC se tratan en las siguientes secciones. [17]
Los TPC desempeñan un papel integral en las vías de tráfico de membranas . Se encuentran seccionados en endosomas y lisosomas , funcionando especialmente en fusiones endo-lisosomales. Se ha observado que la actividad de tráfico del TPC se conserva; pero la modificación de los TPC afecta el transporte en la vía endocitotica . Las funciones exactas de las TPC son específicas del tipo de célula y del contexto. Estos canales son permeables al calcio, lo que los hace funcionar como canales iónicos de Ca2+. Cuando es estimulado por NAADP, un segundo mensajero de los TPC, el calcio se libera en el citosol. La entrada de calcio es lo que regula la fusión entre el endosoma y los lisosomas y lo que media los eventos de tráfico. Cuando se pierde la función de los TPC, los sustratos se acumulan creando congestión. Cuando aumenta la función de las TPC, el lisosoma se agranda, lo que lógicamente se relaciona con un aumento de los eventos de fusión entre el endosoma y el lisosoma. [4]
"Una implicación de la disfunción del tráfico de membranas conduce a la enfermedad de Parkinson" . Las mutaciones en la enzima LRRK2 alteran la autofagia dependiente de NAADP y TPC2. La mutación aumenta la cantidad de flujo de Ca2+ a través de TPC2 mediante señales evocadas por NAADP. Este aumento en la señalización conduce a un aumento en el tamaño de los lisosomas debido al aumento de la velocidad y cantidad de fusión. Por lo tanto, el lisosoma no es capaz de descomponer los componentes como debería. Esta incapacidad está asociada con la aparición de la enfermedad. Dado que TPC2 desempeña un papel vital en este mecanismo específico del desarrollo de la enfermedad de Parkinson, podría ser potencialmente un objetivo terapéutico. [4]
El virus del Ébola se aprovecha del tráfico de la membrana endocítica de la célula huésped, lo que deja a las TPC como posibles objetivos farmacológicos. El virus del Ébola ingresa a las células a través de micropinocitosis con vesículas endosómicas. Después de entrar en la vesícula endosómica, la membrana del virus del Ébola se fusiona con la membrana endosómica para liberar el contenido viral en el citosol antes de que el endosoma pueda fusionarse con el lisosoma. Para el movimiento del virus en los endosomas es necesario el Ca2+. Como NAADP regula la maduración de los endosomas mediante la liberación de calcio a través de las TPC, el funcionamiento normal de las TPC permite que el virus del Ébola escape. Por lo tanto, cuando los TPC no funcionan, el virus del Ébola no puede escapar antes de la fusión del endosoma con el lisosoma. De hecho, cuando los ratones son tratados con tetradina se inhibe la infección. Esto se debe a que la tetradina bloquea el funcionamiento de la liberación de calcio del TPC y, por lo tanto, el virus del Ébola está contenido dentro de la red endosómica destinada a ser degradado por el lisosoma. [5] [6]
Los TPC han sido implicados en enfermedades del hígado graso, como NAFLD y NASH . Como TPC2 es un canal de cationes para el tráfico de membranas endocitoticas, los TPC contribuyen al tráfico de moléculas de LDL para su descomposición y reciclaje. Esto ocurre principalmente dentro del hígado. La vía de degradación hace que las LDL terminen en endosomas y lisosomas, donde se encuentran las TPC. El mecanismo TPC permite una vez más la salida de calcio para la fusión de los endosomas y lisosomas (donde se degrada la LDL). Cuando los TPC no están presentes o no funcionan adecuadamente, la vía de degradación da como resultado un tráfico defectuoso. Sin el evento de fusión, el LDL se acumula en las células del hígado. Se ha descubierto que la pérdida de TPC es la causa de la coloración amarilla del hígado, una expresión de hígado graso que indica daño hepático. [7]
Además de los canales de Ca2+ y Na+ que están formados por cuatro repeticiones intramoleculares, que juntas forman el poro del canal tetramérico, el nuevo canal tenía solo dos repeticiones tipo Shaker, cada una de las cuales estaba equipada con un dominio de poro. Debido a esta topología inusual, este canal, presente tanto en animales como en plantas, recibió el nombre de Two Pore Channel1 (TPC1).
El mejor candidato para un canal de liberación de Ca2+ vacuolar es TPC1, un homólogo de un canal de Ca2+ dependiente de voltaje de mamífero que posee dos poros y doce tramos de membrana.
Los canales orgánulos de dos poros (TPC) son un tipo interesante de canal que, como su nombre indica, tiene dos poros.
Se ha predicho que el canal de dos poros de Arabidopsis (AtTPC1) tendrá 12 hélices transmembrana y dos poros (líneas rojas).
Se cree que los TPC, con sus dos poros, se dimerizan para formar un canal funcional.