Connexon - Connexon

Connexon
Connexon y connexin structure.svg
Conexión y estructura de conexina
Detalles
Identificadores
latín Connexona
TH H1.00.01.1.02025
Terminología anatómica

En biología , una conexión , también conocida como hemicanal de conexina , es un conjunto de seis proteínas llamadas conexinas que forman el poro de una unión entre el citoplasma de dos células adyacentes . Este canal permite el flujo bidireccional de iones y moléculas de señalización. La conexión es el hemicanal suministrado por una celda en un lado de la unión; dos conexiones de células opuestas normalmente se unen para formar el canal de unión intercelular completo. Sin embargo, en algunas células, el propio hemicanal está activo como conducto entre el citoplasma y el espacio extracelular , lo que permite la transferencia de iones y pequeñas moléculas inferiores a 1-2 KDa. Se sabe poco acerca de esta función de las conexiones, además de la nueva evidencia que sugiere su papel clave en la señalización intracelular .

Las conexiones hechas del mismo tipo de conexinas se consideran homoméricas , mientras que las conexiones hechas de diferentes tipos de conexinas son heteroméricas .

Estructura

Montaje

El ensamblaje de conexiones comienza con la síntesis de conexinas dentro de la célula y termina con la formación de placas de canales de unión gap en la membrana celular. Las proteínas de la subunidad de conexina que forman las conexiones se sintetizan en las membranas del retículo endoplásmico de las células . Estas subunidades luego se oligomerizan , o se combinan con otras partes más pequeñas, en conexiones en el aparato de Golgi . A continuación, las conexiones se envían a su ubicación adecuada en la membrana plasmática. A continuación, las conexiones se acoplan a las conexiones compatibles de la celda vecina para formar placas de canal de unión de huecos. Gran parte de este proceso está mediado por la fosforilación de diferentes enzimas y proteínas, lo que permite y evita la interacción entre determinadas proteínas.

General

Las conexiones contribuyen a la formación de uniones gap y son un componente esencial de las sinapsis eléctricas en las vías neurales. En una unión de un solo espacio, las conexiones se ensamblarán alrededor de una membrana porosa acuosa, formando un semicanal que está compuesto de conexinas. Las conexinas son las moléculas de proteína más pequeñas que forman las conexiones y juegan un papel crucial en la formación de uniones gap. Estructuralmente, las conexinas están formadas por 4 dominios transmembrana alfa helicoidales conectados por 2 bucles extracelulares y 1 bucle citoplásmico, mientras que los terminales N y C residen intracelularmente. Los tipos de Connexina se pueden diferenciar aún más utilizando su peso molecular predicho (por ejemplo: Connexin 43 es Cx 43 debido a su peso molecular de 43 kDa). Connexons formará la unión gap al acoplar un hemicanal a otro hemicanal en una membrana celular adyacente. Durante esta fase, se produce la formación de canales intercelulares que abarcan ambas membranas plasmáticas. Posteriormente, este proceso conduce a una mejor comprensión de cómo se facilitan las sinapsis eléctricas entre neuronas.

Degradación

La estructura de Connexon se degrada por su eliminación de la membrana plasmática. Las conexiones serán internalizadas por la propia célula como una estructura de canal de doble membrana (debido al acoplamiento de los hemi-canales). Esto se llama internalización o endocitosis . La investigación sugiere que las uniones gap en general pueden internalizarse utilizando más de un método, pero el más conocido y más estudiado sería el de la endocitosis mediada por clatrina . En términos simples, este proceso consiste en un ligando que se une a un receptor que indica que una determinada parte de la membrana se recubre con clatrina . Esta parte de la membrana luego brota hacia la célula formando una vesícula . Ahora presentes en la membrana celular, las conexiones se degradarán por vías lisosomales . Los lisosomas pueden descomponer las proteínas de la conexión porque contienen enzimas específicas que se fabrican específicamente para este proceso. Se cree que la ubiquitinación indica degradación dentro de la célula.

Funciones celulares

Propiedades

Las propiedades de las proteínas de conexina individuales determinan las propiedades generales de todo el canal de conexiones. La permeabilidad y selectividad de los canales está determinada por su ancho, así como por la selectividad molecular de las conexinas, como la selectividad de carga. La investigación muestra que las conexiones son particularmente permeables a los segundos mensajeros solubles , aminoácidos , nucleótidos , iones y glucosa. Los canales también son sensibles al voltaje. Los canales de conexión tienen compuertas dependientes del voltaje que se abren o cierran según la diferencia de voltaje entre los interiores de las dos celdas. Las puertas también pueden mostrar sensibilidad al voltaje dependiendo de la diferencia de voltaje entre el interior y el exterior de la celda (es decir , potencial de membrana ).

Modulación

La comunicación entre uniones gap se puede modular / regular de muchas formas. Los principales tipos de modulación son:

  • Química : un tipo común de modulación química es a través de la interacción de Ca 2+ y ciertos dominios de conexinas. Sin embargo, no se comprende completamente, se sugiere que esta interacción hace que el Ca 2+ bloquee el poro del canal. Otra forma de modulación química es a través de la respuesta del canal a la acidificación (disminución del pH intracelular ). Se ha encontrado que la acidificación intracelular provoca un cambio en el dominio C-terminal de las conexinas que luego reduce la actividad del canal.
  • Fosforilación de proteínas: la fosforilación de proteínas regula la comunicación entre canales de múltiples formas controlando: tráfico de conexinas desde el aparato de Golgi, acumulación de conexiones a determinadas áreas y degradación de canales innecesarios. El proceso de estas acciones es muy complejo pero se conoce la participación de la fosforilación de proteínas.
  • La modulación humoral-humoral de la comunicación de la unión gap se realiza a través de muchas biomoléculas, como neurotransmisores , factores de crecimiento y diversos compuestos bioactivos . Los neurotransmisores como la epinefrina y la norepinefrina actúan en las uniones neuronales que provocan la propagación de los potenciales de acción hacia las neuronas. Estos tipos de uniones gap con este tipo de modulación se encuentran a menudo en neuronas del tejido cardíaco y la retina de vertebrados.

Funciones generales

Las conexiones juegan un papel imperativo en el comportamiento y la neurofisiología. Muchos de los detalles que rodean sus funciones patológicas siguen siendo desconocidos, ya que la investigación solo ha comenzado recientemente. En el sistema nervioso central (SNC), las conexiones juegan un papel importante en afecciones como epilepsia , isquemia , inflamación y neurodegeneración . El mecanismo molecular en cuanto a cómo las conexiones juegan un papel en las condiciones enumeradas anteriormente aún no se ha entendido completamente y se encuentra en investigación adicional. Junto con su papel clave en el SNC, las conexiones son cruciales en el funcionamiento de los tejidos cardíacos. La conexión directa permite la activación rápida y sincronizada de las neuronas del corazón, lo que explica la capacidad del corazón para latir rápidamente y cambiar su frecuencia en respuesta a ciertos estímulos. Las conexiones también juegan un papel esencial en el desarrollo celular. Específicamente, su papel en la neurogénesis se ocupa del desarrollo del cerebro, así como de la reparación del cerebro durante ciertas enfermedades / patologías y también ayuda tanto en la división celular como en la proliferación celular. El mecanismo por el cual las conexiones ayudan en estos procesos aún se está investigando, sin embargo, actualmente se entiende que este mecanismo involucra señalización purinérgica (forma de señalización extracelular mediada por nucleótidos purínicos y nucleósidos como adenosina y ATP) y permeabilidad al ATP. Otras funciones importantes de las conexiones son la detección de glucosa y la transducción de señales . Las conexiones provocan cambios en las concentraciones de glucosa extracelular que afectan el comportamiento de alimentación / saciedad, los ciclos de sueño y vigilia y el uso de energía. Otros estudios indican que hay un aumento en la captación de glucosa mediado por conexiones (cuyo mecanismo aún no se comprende del todo) y en momentos de alto estrés e inflamación. Investigaciones recientes también indican que las conexiones pueden afectar la plasticidad sináptica , el aprendizaje, la memoria, la visión y la activación sensoriomotora.

Enfermedades relacionadas

Algunas de las enfermedades asociadas con las conexiones son las enfermedades cardiovasculares y la diabetes , que es la incapacidad del cuerpo para producir insulina para la absorción de glucosa por las células y la degradación en las unidades más pequeñas de conexiones, llamadas conexinas, que posiblemente conducen a la aparición de enfermedades cardíacas. Las enfermedades cardiovasculares y la diabetes, tipo I y II, afectan lugares similares dentro de las células del corazón y el páncreas. Esta ubicación es la unión gap, donde las conexiones facilitan interacciones rápidas de célula a célula a través de transmisiones eléctricas. Las uniones en espacios a menudo están presentes en las terminaciones nerviosas, como en el músculo cardíaco, y son importantes para mantener la homeostasis en el hígado y el funcionamiento adecuado de los riñones. La unión gap en sí es una estructura que es una proteína transmembrana especializada formada por un hemicanal de conexión. Las enfermedades cardiovasculares y posiblemente la diabetes de tipo I y II están asociadas cada una con una proteína importante conexina que forma la unión gap.

En la enfermedad cardiovascular, Cx43 (conexina 43), una subunidad de una conexión, es una proteína general de la unión gap que estimula las células musculares de los miocitos cardiovasculares de los discos intercalados que facilitan el latido sincronizado del corazón. En la aparición de una enfermedad cardiovascular, la subunidad Cx43 comienza a mostrar signos de estrés oxidativo, la capacidad del corazón para contrarrestar la acumulación de toxinas dañinas debido a la edad o la dieta que conduce a funciones vasculares reducidas. Además, la expresión reducida de Cx43 en el tejido vascular, que juega un papel en el remodelado ventricular y la curación de heridas después de un infarto de miocardio , está presente en la cardiopatía estructural. Sin embargo, los mecanismos de Cx43 en el corazón aún no se conocen bien. En general, estos cambios en la expresión de Cx43 y el estrés oxidativo pueden provocar anomalías en el latido coordinado del corazón, predisponiéndolo a arritmias cardíacas .

Las conexiones también están asociadas con la diabetes tipo I y tipo II . La subunidad Cx36 (conexina 36) media la excreción de insulina y la liberación de insulina inducida por glucosa desde las uniones gap del hígado y el páncreas. La homeostasis en el hígado y los órganos pancreáticos está respaldada por un intrincado sistema de interacciones celulares llamado señalización endocrina. La secreción de hormonas en el torrente sanguíneo para atacar órganos distantes. Sin embargo, la señalización endocrina en el páncreas y el hígado opera a distancias cortas en la membrana celular por medio de vías de señalización, canales iónicos, receptores acoplados a proteína G , receptores de tirosina-quinasa y contacto de célula a célula. Las uniones gap en estos tejidos soportadas por la señalización endocrina arbitran las señales intracelulares entre las células y los sistemas de órganos más grandes conectando las células adyacentes entre sí en un ajuste estrecho. El ajuste perfecto de la unión gap es tal que las células del tejido pueden comunicarse de manera más eficiente y mantener la homeostasis. Por lo tanto, el propósito de la unión gap es regular el paso de iones, nutrientes, metabolitos, segundos mensajeros y pequeñas moléculas biológicas. En la diabetes, la subsiguiente pérdida o degradación de Cx36 inhibe sustancialmente la producción de insulina en el páncreas y glucosa en el hígado, que es vital para la producción de energía para todo el cuerpo. Una deficiencia de Cx36 afecta adversamente la capacidad de la unión gap para operar dentro de estos tejidos, lo que lleva a una reducción de la función y una posible enfermedad. Se han observado síntomas similares asociados con la pérdida o degradación de la unión gap en la diabetes tipo II, sin embargo, aún se desconoce la función de Cx36 en la diabetes tipo 1 y tipo II en humanos. Además, la conexina Cx36 está codificada por el gen GJD2, que tiene una predisposición en el locus del gen para la diabetes tipo II y el síndrome diabético.

Referencias

Otras lecturas