Capturando la estructura de grandes complejos moleculares – ScienceDaily

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SMN o neurona motora de supervivencia completa: el profesor Utz Fischer ha estado analizando esta proteína y el gran complejo molecular del mismo nombre, del cual SMN es uno de los componentes básicos, durante muchos años. Es presidente del Departamento de Bioquímica de la Universidad Julius-Maximilian de Würzburg (JMU) y descubrió por primera vez la molécula durante su investigación sobre la causa raíz de la atrofia muscular espinal. Como descubrieron los científicos hace unos años, esta enfermedad es causada por la falta del complejo SNM.

El grupo de trabajo del Prof. Fischer ha logrado presentar un primer modelo tridimensional de todo el complejo SNM. Una vez que se conoce la estructura del complejo, es posible comprender cómo funciona el complejo y por qué la pérdida de su función conduce a la atrofia muscular. Los científicos publicaron sus hallazgos en la edición actual de la revista. Investigación sobre ácidos nucleicos.

Los nuevos descubrimientos fueron posibles gracias a un enfoque integrador estructural-biológico que combina tecnologías bioquímicas, genéticas y biofísicas.

Resolución de hasta una millonésima de milímetro

«El análisis estructural de moléculas grandes y complejas en detalle atómico fue posible gracias a la ‘resolución de la revolución’, que fue impulsada principalmente por desarrollos en microscopía crioelectrónica», dice Utz Fischer. El único inconveniente de la tecnología, sin embargo, es el hecho de que funciona mejor en estructuras más o menos rígidas y con pocas secciones flexibles.

Desafortunadamente, muchas entidades moleculares no se construyen de esta manera, incluido el complejo SMN. «Este complejo es de vital importancia para nuestras células porque apoya la formación de las máquinas moleculares necesarias para la expresión de nuestros genes», dice el profesor Fischer. Sin embargo, para realizar su función en la célula, debe ser muy flexible y dinámica. En consecuencia, un análisis estructural con estrategias tradicionales hasta ahora ha sido imposible.

Una combinación de diferentes métodos fue la clave del éxito.

Por tanto, Fischer y su equipo eligieron un enfoque alternativo: «Nuestro punto de partida fue una colaboración con el grupo del Dr. Rémy Bordonné de Montpellier en Francia, que nos permitió identificar el complejo SMN de la levadura Schizosaccharomyces pombe», explica. Este complejo era ideal para el análisis estructural integrador porque comprende menos componentes individuales que su contraparte humana y tiene un comportamiento menos dinámico.

«En un primer paso, visualizamos, mediante análisis de difracción de rayos X, secciones individuales que eran importantes para mantener unido el complejo», dice Fischer sobre el enfoque de los científicos. En un segundo paso, caracterizaron todo el complejo y partes de él mediante la dispersión de rayos X de ángulo pequeño. Este método también proporciona información sobre el comportamiento dinámico de las secciones desplegadas del complejo. Paralelamente, las secciones faltantes se reconstruyeron utilizando un método bioinformático llamado modelado de homología 3D.

Esta combinación de diferentes métodos biológico-estructurales cobrará importancia en el futuro porque produce resultados que nunca antes se habían logrado, tal es la creencia del Dr. Clemens Grimm. Es el jefe de la Unidad de Análisis Estructural del departamento de Fischer y contribuyó al trabajo recientemente publicado.

Un pulpo con brazos flexibles.

El resultado fue un modelo de todo el complejo SMN que proporciona una excelente explicación de su función. Parecido a un pulpo, el «cuerpo» central del complejo tiene una serie de «brazos» largos y muy flexibles que le permiten al complejo capturar proteínas y ensamblarlas, junto con otras biomoléculas, en máquinas moleculares.

El modelo también proporciona información sobre los procesos que conducen a la atrofia muscular espinal. «Las mutaciones que causan esta enfermedad se concentran en el cuerpo central», explica el estudiante graduado de Fischer, Jyotishman Veepaschit, quien realizó los experimentos en este estudio junto con su colega Aravindan Viswanathan. Impiden el desarrollo completo del complejo, por lo que no puede realizar su función en la célula.

Información sobre atrofia muscular espinal

La atrofia muscular espinal es una enfermedad congénita que puede ocurrir en niños, adolescentes y adultos con síntomas de diversa gravedad. En sus formas más graves, los pacientes afectados mueren ya en la infancia a causa de las consecuencias de la debilidad muscular y la parálisis progresiva. En otros casos, la asistencia médica, incluida la fisioterapia y las ayudas ortopédicas, puede preservar su movilidad y vitalidad durante bastante tiempo.

La atrofia muscular espinal no es infrecuente: afecta aproximadamente a una de cada 6.000 personas. Debido a una mutación genómica, estas personas sufren de falta de la proteína SMN. Esta deficiencia ocurre principalmente en las células nerviosas que controlan los movimientos musculares. Estas células, conocidas como neuronas motoras, pierden contacto con el músculo y mueren.

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