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La espectrina es una proteína citoesquelética que recubre el lado intracelular de la membrana plasmática en las células eucariotas. La espectrina forma disposiciones pentagonales o hexagonales, formando un andamio y desempeñando un papel importante en el mantenimiento de la integridad de la membrana plasmática y la estructura citoesquelética. [1] Las disposiciones 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 importante de los glóbulos rojos humanos que habían sido tratados con detergentes suaves; los detergentes lisaron las células y la hemoglobina y otros componentes citoplasmáticos fueron eliminados. En el microscopio óptico todavía se podía ver la forma básica de los glóbulos rojos, ya que el citoesqueleto submembranoso que contiene espectrina conservaba la forma de la célula en su contorno. Esto llegó a ser conocido como un "fantasma" (espectro) de glóbulos rojos, por lo que la proteína principal del fantasma se llamó 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 espectrina también pueden ser escindidas por enzimas de la familia de las caspasas , y la calpaína y la caspasa producen diferentes productos de descomposición de la espectrina que pueden detectarse mediante transferencia Western con anticuerpos apropiados. La escisión de calpaína puede indicar activación de necrosis , mientras que la escisión de 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 mediante la asociación lateral de monómeros αI y βI para formar un dímero. Luego, los dímeros se asocian en una formación cabeza a 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 humanos, la asociación con la cara intracelular de la membrana plasmática es por 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 da forma a los glóbulos rojos.
El modelo de eritrocitos demuestra la importancia del citoesqueleto de espectrina en el sentido de que las mutaciones en la espectrina comúnmente causan defectos hereditarios de los eritrocitos, incluida la eliptocitosis hereditaria y, raramente, esferocitosis hereditaria . [6]
Hay tres espectrinas en los invertebrados , α,β y βH . Las mutaciones en la espectrina β H en C. elegans causan defectos en la morfogénesis que resultan en un animal significativamente más corto, pero por lo demás mayoritariamente normal, que se mueve y se reproduce. Estos animales se llaman "sma" por su fenotipo pequeño 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 los de 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 da forma a los glóbulos rojos.
La familia de genes espectrina ha experimentado una expansión durante la evolución. En lugar de un gen α y dos genes β en los invertebrados, hay 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 .
Existe cierta evidencia del papel de las espectrinas en los tejidos musculares. En las células del miocardio , toda la distribución de espectrina coincide con los discos Z y la membrana plasmática de las miofibrillas . [10] Además, los ratones con una desactivación de anquirina (ankB) han alterado la homeostasis del calcio en el miocardio. Los ratones afectados han alterado la morfología de la banda z y del sarcómero. En este modelo experimental, los receptores IP 3 y rianodina tienen una distribución anormal en miocitos cultivados. Se altera la señalización del calcio de las células cultivadas. En los seres humanos, una mutación en el gen AnkB produce el síndrome de QT largo y muerte súbita, lo que refuerza la evidencia de un papel del citoesqueleto de espectrina en el tejido excitable.