¡La nebulosa ya no es nebulosa! Científicos obtienen la primera imagen 3D de incorporación resolución de proteínas musculares

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Los científicos obtuvieron la primera imagen 3D de alta resolución de la nebulina, una proteína gigante de unión a actina que es un componente esencial del músculo esquelético. Este descubrimiento sacó a la luz la posibilidad de comprender mejor el papel de la nebulina, ya que sus funciones han permanecido en gran medida nebulosas debido a su gran tamaño y la dificultad de extraer la nebulina en su estado nativo del músculo. El equipo de investigadores de Max Planck, dirigido por Stefan Raunser, director del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Dortmund, en colaboración con Mathias Gautel del King’s College de Londres, utilizó criotomografía electrónica para descifrar en detalle la estructura de la nebulina. Sus hallazgos podrían conducir a nuevos enfoques terapéuticos para el tratamiento de enfermedades musculares, ya que las mutaciones genéticas en la nebulina se acompañan de una pérdida dramática de fuerza muscular conocida como miopatía nemalínica.

Una proteína esquiva

Los músculos esqueléticos y cardíacos se contraen y relajan debido al deslizamiento de los filamentos paralelos de las proteínas miosina y actina. La nebulina, otra proteína larga y delgada que se encuentra solo en el músculo esquelético, se empareja con la actina, estabilizándola y regulándola. Las mutaciones en el gen que codifica nebula pueden producir una nebulosa anormal que causa miopatía nemalínica, un trastorno neuromuscular incurable con diversos grados de gravedad, desde debilidad muscular hasta impedimentos del habla y problemas respiratorios.

Conocer la estructura de la nebulina y cómo interactúa con la actina podría ser crucial para el desarrollo de nuevos tratamientos. Pero los enfoques experimentales tradicionales que reconstituyen la nebulina in vitro han fallado debido al tamaño de la proteína, su flexibilidad y el hecho de que está entrelazada con la actina. Raunser y su equipo adoptan un enfoque diferente: visualizan estas proteínas directamente en su entorno nativo, el músculo, utilizando una poderosa técnica de microscopía llamada criotomografía electrónica (crio-ET). Un experimento crio-ET en el laboratorio de Raunser comienza con muestras de músculo congelado. Luego, los científicos aplican un haz de iones a base de galio a la muestra para eliminar el material adicional y lograr un espesor ideal de aproximadamente 100 nanómetros para el microscopio electrónico de transmisión. Esta poderosa herramienta luego captura múltiples imágenes de la muestra que se inclina a lo largo de un eje. Finalmente, los métodos computacionales generan una imagen tridimensional con una resolución extraordinariamente alta.

Superando los límites de la crio-ET

En una publicación de 2021, los investigadores de Max Planck produjeron la primera imagen 3D detallada del sarcómero, la unidad contráctil básica de la célula esquelética y el músculo cardíaco que contiene actina, miosina y, en última instancia, la proteína nebulina. La resolución de un nanómetro (una millonésima parte de un milímetro) fue lo suficientemente buena para visualizar la actina y la miosina, pero demasiado baja para visualizar la nebulina. Esta vez, el equipo mejoró la canalización de adquisición y procesamiento de datos para obtener una imagen 3D de los filamentos del músculo esquelético con una resolución casi atómica (0,45 nanómetros). Al comparar las imágenes del músculo esquelético con el músculo cardíaco sin nebulina, la estructura proteica de la nebulina larga se volvió distinta y los investigadores pudieron construir un modelo atómico de la nebulina. «Esta es la primera estructura de alta resolución que utiliza fresado FIB y crio-ET y demuestra que podemos lograr modelos atómicos de manera confiable. ¡Es un salto cuántico!», dice Raunser.

Los resultados revelan que cada repetición de la nebulina se une a una subunidad de actina, lo que demuestra el papel de la nebulina como regla que determina la longitud del filamento de actina. Además, cada repetición de la nebulina interactúa con cada subunidad actínica cercana, lo que explica su papel como estabilizador. Finalmente, los científicos proponen que la nebulina regula la unión de actina y miosina y, por lo tanto, la contracción muscular, al interactuar con otra proteína llamada troponina. Se han realizado experimentos con músculos de ratones muy similares a los humanos y se han aislado en el King’s College de Londres.

“Obtuvimos una estructura 3D in situ detallada de las cabezas de nebulina, actina y miosina que se puede usar para detectar mutaciones que conducen a miopatías”, señala Raunser. Luego, los desarrolladores farmacéuticos pueden aprovechar esta nueva estructura para identificar sitios de unión de moléculas pequeñas de interés farmacéutico, agrega. Impulsado por su reciente éxito, el grupo ahora se centrará en desentrañar los detalles estructurales de la miosina, el otro hilo que fluye. Tales hallazgos finalmente podrían ayudar a pintar la imagen completa de los intrincados detalles detrás de la contracción del músculo esquelético.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Instituto Max Planck de Fisiología Molecular. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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