Sinapsina I , es el nombre colectivo de Sinapsina Ia y Sinapsina Ib, dos fosfoproteínas casi idénticas que en los humanos están codificadas por el gen SYN1 . [5] [6] En su forma fosforilada , la Sinapsina I también puede denominarse fosfosinaspina I. La Sinapsina I es la primera de las proteínas de la familia de fosfoproteínas de las sinapsinas en las vesículas sinápticas presentes en los sistemas nerviosos central y periférico. Las sinapsinas Ia y Ib tienen una longitud similar y una composición casi similar, sin embargo, la Sinapsina Ib se detiene antes del último segmento del extremo C de la secuencia de aminoácidos que se encuentra en la Sinapsina Ia.
La proteína sinapsina I es un miembro de la familia de las sinapsinas , que son fosfoproteínas neuronales que se asocian con la superficie citoplasmática de las vesículas sinápticas . Los miembros de la familia se caracterizan por dominios proteicos comunes y están implicados en la sinaptogénesis y la modulación de la liberación de neurotransmisores , lo que sugiere un papel potencial en varias enfermedades neuropsiquiátricas.
La fosfoproteína desempeña un papel en la regulación de la axonogénesis y la sinaptogénesis . La proteína sirve como sustrato para varias proteínas quinasas diferentes y la fosforilación puede funcionar en la regulación de esta proteína en la terminal nerviosa. [6]
La sinapsina I se encuentra en dos isoformas de la proteína, la sinapsina Ia y la sinapsina Ib, siendo la sinapsina Ib una versión ligeramente más corta de la proteína. Ambas proteínas de sinapsina I son muy básicas, con un pI en el rango de 10,3 y 10,2, respectivamente. Ambas isoformas están fosforiladas en lugares idénticos dentro de sus secuencias proteicas en los mismos tres residuos de serina.
Las fosfoproteínas de sinapsina I constituyen aproximadamente el 6% de la proteína total en las vesículas sinápticas. [7] Entre los bovinos, ratas y humanos se ha demostrado que es 95% homóloga, con el dominio central "C" conservado evolutivamente. Esta fosfoproteína está asociada de forma vaga con la membrana vesicular y se disocia fácilmente mediante el tratamiento con una sal, a diferencia de lo que se requiere un detergente para su eliminación de la membrana.
Las proteínas sinapsinas I están formadas por una porción globular en el extremo N-terminal y un dominio C-terminal alargado , lo que las hace en gran parte alargadas. La sinapsina Ib tiene los mismos dominios proteicos que la sinapsina Ia, sin embargo, la sinapsina Ib carece del último segmento C-terminal, lo que la hace ligeramente más corta en su dominio alargado. 706 aminoácidos componen la sinapsina Ia, y comenzando desde el extremo N-terminal, los mismos primeros 670 aminoácidos componen la sinapsina Ib.
Rico en aminoácidos prolina y glicina , la composición y la estructura de esta proteína son similares a las del colágeno . Esto ayudó a determinar su estructura de manera temprana mediante colagenasa , lo que luego se confirmó mediante secuenciación de aminoácidos y técnicas modernas. La escisión de la sinapsina I por la colagenasa fragmenta el extremo C alargado y deja intacto el dominio globular N-terminal. [8]
La secuenciación de aminoácidos ha demostrado que la sinapsina I tiene terminales N comunes en ambas isoformas y comparte el mismo terminal N que la sinapsina II . Las isoformas de la sinapsina I difieren de las isoformas de la sinapsina II también en sus dominios C-terminales. [9] Se han realizado más investigaciones sobre las interacciones de la sinapsina I, la sinapsina II y la sinapsina III entre sí para crear heterodímeros de las proteínas en las células COS . [10]
La sinapsina I está presente en la terminal nerviosa de los axones, específicamente en las membranas de las vesículas sinápticas según la inmunocitoquímica. [11] Esta fosfoproteína es un sustrato endógeno unido a la membrana vesicular. Es fosforilada por cuatro clases conocidas de proteínas quinasas , incluidas las activadas por cAMP , [12] [13] calcio/calmodulina, [14] mitógeno y ciclina . Ambas isoformas tienen los mismos seis sitios de fosforilación:
El dominio globular N-terminal contiene tres sitios: el sitio de fosforilación mediada por la proteína quinasa dependiente de AMPc cerca del final en el dominio A, y dos sitios más adentro, en el dominio B, mediada por la proteína quinasa activada por mitógeno (MAP quinasa). La porción de cola de la proteína, el extremo C-terminal, tiene tres sitios de fosforilación: dos sitios en los que actúa la proteína quinasa II dependiente de calcio/calmodulina , y un tercer sitio en el que actúa la MAP quinasa y la proteína quinasa dependiente de ciclina (CDK). La especificidad para la unión de la proteína quinasa dependiente de calcio/calmodulina a la sinapsina I es muy alta en comparación con otras proteínas sustrato. [15] La proteína quinasa dependiente de AMP cíclico es única en su mecanismo de activación. La proteína quinasa está compuesta por dos subunidades reguladoras (R) y dos subunidades catalíticas (C), creando una holoenzima tetramérica. El AMP cíclico se une a las subunidades reguladoras de la proteína quinasa dependiente de AMPc y provoca la disociación de sus subunidades reguladoras de las subunidades catalíticas, generando la forma activa de la proteína quinasa. Esta forma activa de la proteína quinasa cataliza la fosforilación de la sinapsina I. La forma fosforilada de la sinapsina I se denomina fosfosinapsina I.
La despolarización de la membrana presináptica induce un influjo de iones de calcio en la terminal nerviosa axonal de las neuronas y aumenta la concentración intracelular de iones de calcio. Se ha demostrado que la sinapsina I es fosforilada por este influjo de calcio. [16] El ion de calcio, Ca 2+ , se une a la calmodulina para formar un complejo calcio/calmodulina que luego activa la proteína quinasa dependiente de calcio/calmodulina, lo que a su vez desencadena la fosforilación. [14] La fosforilación dependiente de calcio/calmodulina de la sinapsina I causa la disociación de la sinapsina I de la membrana vesicular.
En la terminación nerviosa, hay dos grupos de vesículas sinápticas, el grupo de reserva y el grupo de liberación rápida. El grupo de reserva se refiere a las vesículas sinápticas que no están listas para liberar neurotransmisores y el grupo de liberación rápida se refiere a las vesículas que están preparadas para liberar sus neurotransmisores a través de la membrana citoplasmática presináptica y hacia la hendidura sináptica. Se cree que la eliminación de la sinapsina I de las vesículas sinápticas moviliza las vesículas sinápticas del grupo de reserva al grupo de liberación rápida, modulando así la liberación de neurotransmisores. Dado que solo está presente en las vesículas del grupo de reserva, se considera que la forma no fosforilada de la sinapsina I es un regulador inhibidor de la neurotransmisión.
Se ha demostrado que la proteína sinapsina I interactúa con NOS1AP [17] y SYN2 . [10]
Las mutaciones en el gen SYN1 pueden estar asociadas con trastornos ligados al cromosoma X con degeneración neuronal primaria, como el síndrome de Rett . [6]
El miembro original de la familia de las sinapsinas, la sinapsina I, es la primera proteína de membrana sináptica neuronal que fue observada inicialmente en 1973 por Tetsufumi Ueda en el laboratorio del ganador del Premio Nobel Paul Greengard . [18] Originalmente llamada proteína I, sinapsina I, fue detectada a través del fósforo radiactivo ( P-32 ) incorporado a través de la fosforilación de proteínas , catalizada por una proteína quinasa dependiente de AMP cíclico (enzima) que se encuentra naturalmente en la membrana neuronal en la hendidura sináptica en ratas. En 1977, esta primera fosfoproteína sináptica también fue purificada y caracterizada por primera vez por Tetsufumi Ueda en el mismo laboratorio de la Universidad de Yale bajo la dirección de Paul Greengard.
Las nuevas técnicas utilizadas para descubrir la sinapsina I fueron una combinación de electroforesis en gel SDS y autorradiografía desarrollada por Tetsufumi Ueda en el laboratorio de Greengard, que mejoró significativamente la forma en que se podían observar las proteínas activadas por fosforilación. Más específicamente, esto se logró mediante autorradiografía que mide la radiactividad de las bandas de proteína individuales fosforiladas por el trifosfato de adenosina radiactivo. Hiroo Maeno, un colega de laboratorio, ayudó con las preparaciones de muestras y el radiomarcado del ATP con P-32 en el fosfato gamma. [18]
El descubrimiento de la proteína de la membrana sináptica y la metodología mediante la cual se descubrió se consideran avances innovadores en el análisis de proteínas fosforiladas e introdujeron la identificación de proteínas específicas.
La sinapsina I también es la primera proteína colágena descrita en el sistema nervioso. [13]