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La espectrina es una proteína del citoesqueleto que recubre el lado intracelular de la membrana plasmática en las células eucariotas. La espectrina forma estructuras pentagonales o hexagonales, formando un andamiaje y desempeñando un papel importante en el mantenimiento de la integridad de la membrana plasmática y la estructura del citoesqueleto. [1] Las estructuras hexagonales están formadas por tetrámeros de subunidades de espectrina que se asocian con filamentos cortos de actina en cada extremo del tetrámero. Estos filamentos cortos de actina actúan como complejos de unión que permiten la formación de la malla hexagonal. La proteína se llama espectrina porque se aisló por primera vez como un componente proteico principal de los glóbulos rojos humanos que habían sido tratados con detergentes suaves; los detergentes lisaron las células y la hemoglobina y otros componentes citoplasmáticos se eliminaron. En el microscopio óptico, la forma básica del glóbulo rojo aún se podía ver ya que el citoesqueleto submembranoso que contenía espectrina conservaba la forma de la célula en su contorno. Esto se conoció como un "fantasma" (espectro) de glóbulo rojo, por lo que la proteína principal del fantasma se denominó espectrina.
En ciertos tipos de lesión cerebral, como la lesión axonal difusa , la espectrina es escindida irreversiblemente por la enzima proteolítica calpaína , destruyendo el citoesqueleto. [2] La escisión de la espectrina hace que la membrana forme ampollas y, en última instancia, se degrade, lo que generalmente conduce a la muerte de la célula. [3] Las subunidades de la espectrina también pueden ser escindidas por enzimas de la familia de las caspasas , y la calpaína y la caspasa producen diferentes productos de degradación de la espectrina que pueden detectarse mediante transferencia Western con los anticuerpos apropiados. La escisión de la calpaína puede indicar la activación de la necrosis , mientras que la escisión de la caspasa puede indicar apoptosis . [4]
La conveniencia de utilizar eritrocitos en comparación con otros tipos de células significa que se han convertido en el modelo estándar para la investigación del citoesqueleto de espectrina. La espectrina dimérica se forma por la asociación lateral de monómeros αI y βI para formar un dímero. Los dímeros luego se asocian en una formación de cabeza con cabeza para producir el tetrámero. La asociación de extremo a extremo de estos tetrámeros con filamentos cortos de actina produce los complejos hexagonales observados.
En los humanos, la asociación con la cara intracelular de la membrana plasmática se realiza mediante interacción indirecta, a través de interacciones directas con la proteína 4.1 y la anquirina , con la banda transportadora de iones transmembrana 3. La proteína 4.2 une la región de la cola de la espectrina a la proteína transmembrana glicoforina A. [ 5] En los animales, la espectrina forma la red que proporciona a los glóbulos rojos su forma.
El modelo de eritrocito demuestra la importancia del citoesqueleto de espectrina, ya que las mutaciones en la espectrina comúnmente causan defectos hereditarios del eritrocito, incluida la eliptocitosis hereditaria y, raramente, la esferocitosis hereditaria . [6]
Hay tres espectrinas en los invertebrados , α, β y β H. Las mutaciones en la espectrina β H en C. elegans causan defectos en la morfogénesis, lo que resulta en un animal significativamente más pequeño, pero por lo demás mayormente normal, que se mueve y se reproduce. Estos animales se llaman "sma" por su pequeño fenotipo y portan mutaciones en el gen sma-1 de C. elegans . [7] Una mutación en la espectrina β en C. elegans da como resultado un fenotipo descoordinado en el que los gusanos están paralizados y son mucho más bajos que el tipo salvaje . [8] Además de los efectos morfológicos, la mutación Unc-70 también produce neuronas defectuosas . El número de neuronas es normal, pero el crecimiento neuronal fue defectuoso.
De manera similar, la espectrina desempeña un papel en las neuronas de Drosophila . La eliminación de la espectrina α o β en D. melanogaster da como resultado neuronas que son morfológicamente normales pero tienen una neurotransmisión reducida en la unión neuromuscular . [9] En los animales, la espectrina forma la red que proporciona forma a los glóbulos rojos.
La familia de genes de la espectrina se ha expandido a lo largo de la evolución. En lugar de un gen α y dos β en los invertebrados, existen dos espectrinas α (αI y αII) y cinco espectrinas β (βI a V), nombradas en el orden de descubrimiento.
En los humanos, los genes son:
La producción de espectrina es promovida por el factor de transcripción GATA1 .
Existen algunas evidencias del papel de las espectrinas en los tejidos musculares. En las células del miocardio , la distribución de la espectrina aII coincide con los discos Z y la membrana plasmática de las miofibrillas . [10] Además, los ratones con un knock-out de anquirina (ankB) han alterado la homeostasis del calcio en el miocardio. Los ratones afectados han alterado la banda z y la morfología del sarcómero. En este modelo experimental, los receptores de rianodina e IP 3 tienen una distribución anormal en los miocitos cultivados. La señalización de calcio de las células cultivadas está interrumpida. En los seres humanos, una mutación dentro del gen AnkB da como resultado el síndrome de QT largo y muerte súbita, lo que refuerza la evidencia de un papel del citoesqueleto de espectrina en el tejido excitable.