Las proteínas de fusión de membrana (que no deben confundirse con las proteínas quiméricas o de fusión ) son proteínas que provocan la fusión de membranas biológicas . La fusión de membranas es fundamental para muchos procesos biológicos, especialmente en el desarrollo eucariota y la entrada viral . Las proteínas de fusión pueden originarse a partir de genes codificados por virus envueltos infecciosos , retrovirus antiguos integrados en el genoma del huésped, [1] o únicamente por el genoma del huésped. [2] Las modificaciones postranscripcionales realizadas a las proteínas de fusión por el huésped, es decir, la adición y modificación de glicanos y grupos acetilo , pueden afectar drásticamente la fusogenicidad (la capacidad de fusionarse). [3]
Los genomas eucariotas contienen varias familias de genes , de origen hospedador y viral , que codifican productos involucrados en impulsar la fusión de membranas. Si bien las células somáticas adultas normalmente no experimentan fusión de membranas en condiciones normales, los gametos y las células embrionarias siguen vías de desarrollo para impulsar de manera no espontánea la fusión de membranas, como en la formación de la placenta , la formación del sinciciotrofoblasto y el desarrollo neurológico . Las vías de fusión también están involucradas en el desarrollo de los tejidos musculoesqueléticos y del sistema nervioso . Los eventos de fusión de vesículas involucrados en el tráfico de neurotransmisores también dependen de la actividad catalítica de las proteínas de fusión.
La familia SNARE incluye proteínas de fusión eucariotas auténticas . Solo se encuentran en eucariotas y sus parientes arqueológicos más cercanos , como Heimdallarchaeota . [4]
Estas proteínas tienen su origen en el gen env de los retrovirus endógenos . Son proteínas de fusión de clase I virales domesticadas.
La HAP2 es una proteína de fusión de clase II viral domesticada que se encuentra en diversos eucariotas, entre ellos Toxoplasma , plantas vasculares y moscas de la fruta. Esta proteína es esencial para la fusión de gametos en estos organismos. [5]
Los virus con envoltura superan fácilmente la barrera termodinámica de la fusión de dos membranas plasmáticas al almacenar energía cinética en proteínas de fusión (F). Las proteínas F pueden expresarse de forma independiente en las superficies de las células huésped, lo que puede (1) hacer que la célula infectada se fusione con las células vecinas, formando un sincitio , o (2) incorporarse a un virión en ciernes de la célula infectada, lo que conduce a la emancipación completa de la membrana plasmática de la célula huésped. Algunos componentes F impulsan únicamente la fusión, mientras que un subconjunto de proteínas F puede interactuar con factores del huésped . Hay cuatro grupos de proteínas de fusión categorizadas por su estructura y mecanismo de fusión. [6]
Las proteínas de fusión de clase I se parecen a la hemaglutinina del virus de la influenza en su estructura. Después de la fusión, el sitio activo tiene un trímero de hélices α superenrolladas. El dominio de unión es rico en hélices α y péptidos de fusión hidrofóbicos ubicados cerca del extremo N. El cambio de conformación de la fusión a menudo se puede controlar mediante el pH. [7] [8]
Las proteínas de clase II son dominantes en las láminas β y los sitios catalíticos se localizan en la región central. Las regiones peptídicas necesarias para impulsar la fusión se forman a partir de las espiras entre las láminas β. [7] [8]
Las proteínas de fusión de clase III son distintas de las de clase I y II. Por lo general, constan de 5 dominios estructurales, donde los dominios 1 y 2, localizados en el extremo C-terminal, a menudo contienen más láminas β y los dominios 2-5, más cercanos al lado N-terminal, son más ricos en hélices α. En el estado previo a la fusión, los dominios posteriores se anidan y protegen al dominio 1 (es decir, el dominio 1 está protegido por el dominio 2, que está anidado en el dominio 3, que está protegido por el dominio 4). El dominio 1 contiene el sitio catalítico para la fusión de membranas. [7] [8]
Las proteínas de fusión de clase IV, más conocidas como proteínas transmembrana pequeñas asociadas a la fusión (FAST), son el tipo más pequeño de proteína de fusión. Se encuentran en los reovirus , que son virus sin envoltura y están especializados en la fusión célula-célula en lugar de virus-célula, formando sincitios . Son las únicas proteínas de fusión de membrana conocidas que se encuentran en virus sin envoltura. [9] [10]