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Proteínas específicas de los tardígrados

Las proteínas específicas de los tardígrados son tipos de proteínas intrínsecamente desordenadas específicas de los tardígrados . Estas proteínas ayudan a los tardígrados a sobrevivir a la desecación , una de las adaptaciones que contribuyen a la naturaleza extremotolerante de los tardígrados . Las proteínas específicas de los tardígrados están fuertemente influenciadas por su entorno, lo que conduce a una maleabilidad adaptativa en una variedad de entornos abióticos extremos.

Historia

Originalmente se pensaba que los mecanismos de protección de los tardígrados frente a la desecación se debían a los altos niveles de trehalosa , un azúcar que utilizan organismos como la levadura para evitar la desecación en ambientes secos, trabajando con proteínas de choque térmico [1] para mantener en solución las proteínas sensibles a la desecación. [2] [3] Sin embargo, aunque los tardígrados pueden acumular pequeños niveles de trehalosa, estos son insuficientes para brindar protección frente a condiciones extremas. [4] Otras moléculas que ayudan a ciertos organismos a evitar la desecación celular incluyen las proteínas abundantes en la embriogénesis tardía , que brindan protección a las semillas embrionarias del algodón. [5] Ciertas proteínas que son realmente responsables de la resistencia de los tardígrados, incluidas las proteínas solubles en calor abundantes citoplasmáticas y secretadas, se descubrieron al buscar proteínas abundantes en la embriogénesis tardía en los tardígrados. [6]

Una estrategia que utilizan los tardígrados para sobrevivir en ambientes secos es la anhidrobiosis, un proceso en el que un organismo puede perder casi toda su agua y entrar en un estado metabólico. [7]

Función

Las proteínas específicas de los tardígrados son un tipo de proteínas intrínsecamente desordenadas , que no tienen una forma o una tarea predeterminadas. Estas proteínas utilizan muchas conformaciones diferentes, llamadas conjunto, para moverse a través de diferentes estructuras. Debido a esto, las proteínas intrínsecamente desordenadas pueden reaccionar fuertemente al entorno en el que habitan. [8] Hay tres familias de proteínas específicas de los tardígrados, cada una de las cuales recibe su nombre según el lugar donde se localiza la proteína dentro de una célula. Estas proteínas son similares a las proteínas abundantes en la embriogénesis tardía, pero son específicas de los tardígrados. Las tres familias no se parecen entre sí y se expresan o enriquecen durante la desecación. A diferencia de las proteínas tradicionales, las proteínas intrínsecamente desordenadas no se precipitan fuera de la solución ni se desnaturalizan durante el calor elevado. [9] Los tardígrados dependen de estas proteínas para ayudarlos a sobrevivir en entornos extremos, donde ponen sus cuerpos en un estado deshidratado llamado tun. En la mayoría de los organismos, la deshidratación causa problemas a las células, que necesitan un entorno hidratado para que sus proteínas funcionen. Sin embargo, las proteínas específicas de los tardígrados ayudan a prevenir la agregación del contenido celular durante la deshidratación y mantienen la integridad de la membrana celular durante la rehidratación.

Tipos

Citoplasmático

Las proteínas solubles en calor abundantes en el citoplasma (CAHS) se expresan en gran medida en respuesta a la desecación. Existen dos hipótesis sobre su función en los tardígrados. La hipótesis de la vitrificación es la idea de que, cuando un tardígrado se deseca, la viscosidad dentro de sus células aumenta hasta el punto en que se detiene la desnaturalización y la fusión de membranas en las proteínas. [10] Una segunda hipótesis, la hipótesis del reemplazo de agua, postula que las proteínas CAHS reemplazan el agua en otras proteínas sensibles a la desecación, protegiendo los enlaces de hidrógeno que normalmente dependen del agua. [11] Las proteínas CAHS se dispersan por toda la célula en condiciones normales, pero forman una red de filamentos durante condiciones ambientales estresantes. Esta red transforma el citoplasma en una matriz similar a un gel y evita que la célula colapse cuando el agua se filtra. [12] Este estado es reversible y las proteínas se desagregan cuando se exponen a condiciones menos estresantes. [13]

Al formar la red de filamentos, las proteínas CAHS tienen dominios helicoidales largos que interactúan de manera enrollada entre sí. Estas interacciones son posibles debido al desorden parcial de las proteínas, con dos colas flexibles que rodean los dominios helicoidales. [14]

Se han estudiado las proteínas CAHS para observar sus interacciones con la trehalosa, un azúcar que utilizan otras especies para prevenir la desecación. Se descubrió que la trehalosa interactúa en niveles más altos con las proteínas CAHS que otros azúcares como la sacarosa. [15] La trehalosa promedia solo el 1% en la mayoría de las especies de tardígrados, y en ninguna especie más del 3%, lo que indica que los tardígrados usan otras estrategias para tolerar la deshidratación. [6]

La proteína CAHS tardígrada inyectada en ratones no produjo respuesta inflamatoria ni hemólisis . [16]

Secretado

Las proteínas solubles en calor abundantes y secretadas (SAHS) son similares a las proteínas de unión a ácidos grasos , en particular en su estructura con un barril beta antiparalelo y un bolsillo interno de unión a ácidos grasos. [17] [18] Las proteínas SAHS a menudo se secretan en el medio y se asocian con estructuras extracelulares especiales. [19] Los tardígrados secos tienen una abundancia de células secretoras que no se encuentran en individuos hidratados. El mecanismo detrás de las proteínas SAHS aún no se ha determinado, pero la presencia de células secretoras solo durante la desecación sugiere que se utilizan para proteger las células durante los períodos de deshidratación.

Mitocondrial

Las proteínas solubles en calor abundantes en mitocondrias (MAHS) se localizan en las mitocondrias y son responsables de protegerlas durante la desecación. [20] Debido a su papel en la metabolización de especies reactivas de oxígeno , la mitocondria es un orgánulo importante para proteger en ambientes extremos. Durante la deshidratación, las mitocondrias de los tardígrados se vuelven mucho más pequeñas y pierden sus crestas . [5] Las proteínas MAHS pueden actuar para reemplazar el agua en la membrana de las mitocondrias, evitando la rehidratación desigual y la ruptura de la membrana. [21] Las mitocondrias y la contracción muscular debido a las mitocondrias son esenciales para que los tardígrados entren en el estado "tun" de anhidrobiosis. [22]

Dsup (proteína supresora de daños)

Dsup es una proteína de asociación de ADN , exclusiva del tardígrado, [23] que suprime la aparición de roturas de ADN por radiación. [24] [25] [26] [27] Dsup localizado en el ADN nuclear reduce las roturas de cadena simple y doble cuando se somete a radiación ionizante . [28]

Proteínas LEA

Las proteínas abundantes en la embriogénesis tardía (proteínas LEA) son proteínas que protegen contra la agregación proteica debido a la deshidratación o al estrés osmótico. Sin embargo, no se han encontrado proteínas LEA en tardígrados. [6]

Referencias

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