ACTINA

Componentes del grupo: Arianna Tablero, Pablo Ruiz y Gema Sánchez

  1. INTRODUCCIÓN
  2. ESTRUCTURA
  3. FUNCIÓN BIOLÓGICA
  4. EVOLUCIÓN
  5. ASPECTOS DE INTERÉS BIOMÉDICO Y BIOTECNOLÓGICO
  6. CONCLUSIÓN
  7. REFERENCIAS

1. INTRODUCCIÓN

La actina es una de las proteínas más estudiadas por la humanidad.

Se trata de una proteína citosólica que forma microfilamentos. En los eucariotas, la actina es una de las proteínas más abundantes. Esta proteína, junto a los filamentos intermedios y los microtúbulos, forma el citoesqueleto, cuyas funciones principales son la movilidad de la célula, el mantenimiento de la forma celular, la división celular y el movimiento de organelas en plantas, hongos y animales.

Resultado de imagen de W.D. Halliburton

La actina fue observada experimentalmente por primera vez en 1887 por W.D. Halliburton



Además, la actina se definiría como un proteína altamente conservada a lo largo de la evolución,debido a las  secuencia consenso que posee.

2. ESTRUCTURA

La actina es una proteína globular de una sola cadena polipeptídica.

La estructura de la actina se caracteriza por poseer dos dominios. Cada dominio tiene dos subdominios. Además, entre los dominios existe una hendidura a la cual se une el  ATP–Mg+2.

Las actinas son una familia de proteínas globulares con capacidad de formar filamentos. Pueden presentarse en forma de monómeros, en cuyo caso recibirían el nombre de actina G, o formando microfilamentos, es decir, actina F.

Los filamentos de actina están formados por moléculas de la proteína globular actina G, que en presencia de ATP se polimeriza formando un filamento doble helicoidal, actina F. Estos filamentos tienen una unidad de 72nm que se repite a lo largo del filamento y consta de 13 hélices y 28 monómeros de actina.

El filamento de actina tiene dos extremos: el extremo (–), formado por hendidura que une ATP–Mg+2, la cual se sitúa en la misma dirección en todos los monómeros de actina que forman el filamento; y el extremo (+). Esta es la causa de la polaridad de esta proteína.

Estructura primaria 

Posee 375 aminoacioácidos, cuyo número es muy similar entre especies.La proteína comienza con un aspartato acetilado y acaba con un extremo N-terminal

Estructura terciaria

La actina G tiene cuatro dominios dispuestos en una «U», de modo que la estructura terciaria tiene una hendidura. Esta estructura se estabiliza mediante la unión de MgATP o MgADP en la hendidura (llamada pliegue ATPasa). La unión de MgATP (o MgADP) mantiene la hendidura cerrada y estabiliza la molécula.

3. FUNCIÓN BIOLÓGICA

La actina tiene varias  funciones gracias a su capacidad adaptarse rápidamente  a varias situaciones intracelulares y a sus “binding partnerts”,modificando su función.

Las funciones de las actina son tan amplias que la podemos encontrar tanto formando de estructura , mediando o siendo responsable  de otros procesos

La función de la actina se conserva en la mayoría de seres vivos que la poseen, variando muy poco entre reinos.

La actina en animales

Resultado de imagen de miofilamentos delgados
En los tejidos musculares, la actina es el principal constituyente de los miofilamentos delgados, además de que actúa en la contracción muscular como compañero de los miofilamentos gruesos.

En el músculo estriado, la actina, junto con la troponina y la tropomiosina, regula la unión de los puentes cruzados de miosina(Son proyecciones de las moléculas de miosina que se unen a los filamentos de actina para crear un efecto de agarre y atracción, lo que resulta en la contracción), activa la ATPasa de miosina y funciona como suporte para unir de los filamentos vecinos.

Sárcomera

Aparte de los tejidos musculares , está probado que la actina es un esencial constituyente del citoesqueleto de varios tipos de células[Sheterline et al., 1995]. También se ha probado que  el citoesqueleto de actina tiene una gran función actuando como apoyo en diversos procesos ,como:

Estableciendo y manteniendo la polaridad celurar (Importante en la contracción muscular)

Interviene en la forma que la célula va ha tener (cell shape).

Podemos encontrar debajo de la membrana plasmática una capa de filamentos de actina de entorno 100nm de espesor, los cuales se unen entre sí gracias a proteínas como la miosina 2 , estos filamentos ya unido se anclan a la membrana a través de otras proteínas y lípidos de la misma membrana,gracias a esta estructura la células pueden soportar ciertas fuerzas(como el movimiento)

Citoesqueleto de actina

Movimientos celulares(“cell motility”) 

A veces las células pueden moverse a través de los tejidos,por ejemplo las células embrionarias durante su desarrollo incluso amebas y linfocitos pueden “moverse” gracias a la actina .Esto lo hacen a través de la emisión de pseudópodos, los cuales son prolongaciones citoplasmáticas ,las cuales se forman gracias a la polimerización de la actina(la polimerización de esta empuja el citoplasma a fuera)

Podemos encontrar varios tipos de pseudópodos tales como:

 Filopodios :Más finos y con los extremos terminados en punta que los lamelipodios,pero con una función similar.También son prominentes en los conos de crecimiento de las neuritas, ayudando así a formar conexiones nerviosas

Lamelipodios :son expansiones celulares más bien planas que contribuyen al movimiento de la célula durante la fagocitosis y la macropinocitosi

Podosomas:estructuras formadas en la superficie ventral de macrófagos, osteoclastos se teorizan que pueden ser mecanosensores que exploran el medio ambiente y también pueden contribuir al movimiento celular.

.

Tipos de pseudopodos

Citocinesis

La división celular es producido por un anillo de filamentos de actina el cual , ayudado por las proteínas motoras de miosina II,se va haciendo progresivamente más pequeño hasta estrangular a la célula en otras dos

Anillo contractil

Tráfico celular de sustancias

La actina también contribuye proporcionando fuerzas para deformar las membranas, facilitando la escisión de las vesículas o impulsando una vesícula a través del citoplasma.

También actúa en procesos de adhesión y endocitosis

Es importante en la conformación estructural y de componentes funcionales del núcleo .En el núcleo ella está involucrada en la Transcripción, por ciertas razones:

-Se ha visto que la actina es un componente de los complejos de remodelación de la cromatina involucrados en la activación transcripcional.

-La actina se une directamente a las ARN polimerasas I, II y III, y es necesaria para su actividad transcripcional completa. 

y en la transducción de señal («signal transduction”) [Vartiainen et al., 2007].

Actina en otros organismo

Con el descubrimiento de actomiosina en plantas, se ha demostrado que poseen un citoesqueleto de actina, como hemos indicado anteriormente esta actúa: en la transducción de señal , en la forma celular(aunque es menos destacada que en animales debido a que las plantas poseen un pared celular) ,en la expresión genética  y movimiento intracelular(Los filamentos de actina, junto con miosinas, ayudan con los movimientos de los orgánulos . Este papel es muy importante en las células vegetales donde la mayoría de los movimientos internos de los orgánulos son realizados por filamentos de actina) , además de que es responde al estrés biótico y abiótico y del desarrollo celular .

Actina transportando orgánulos

Para finalizar , en bacterias la actina regula el proceso de segregación de plásmidos y conformación de su forma celular. 

4. EVOLUCIÓN

La actina es una proteína que se polimeriza para formar citoesqueletos con el objetivo de estabilizar y dirigir el movimiento de las paredes celulares. Su secuencia está muy conservada, habiendo cambiado poco a lo largo de la evolución, lo que la define como una de las proteínas más estables. Su origen se remonta a las bacterias, habiendo evolucionado poco a partir de algas y levaduras y muy poco desde los peces, y su estructura se ha ido optimizando con el paso del tiempo.

Existen equivalentes de la actina tanto en células procariotas como en eucariotas.

Algunos autores sugieren que la proteína ancestral que dio lugar al modelo básico de actina eucariota se asemeja a las proteínas del citoesqueleto bacteriano presentes en la actualidad. Las bacterias poseen un citoesqueleto con elementos homólogos a la actina (por ejemplo, MreB, ParM, y MamK), aunque la secuencia aminoacídica de estas proteínas diverge de las presentes en células animales (presentan una identidad de secuencia de entre un 40-50%), poseen una alta similitud estructural.

Por otro lado, el citoesqueleto eucariota muestra algunos componentes de gran semejanza a lo largo de la escala filogenética, especialmente la actina y la tubulina. Algunos autores resaltan que la actina, la tubulina y las histonas (implicadas en la estabilización y regulación del ADN), presentan similitudes en su capacidad de unir nucleótidos y en su funcionamiento, sugieren que podrían derivar de un ancestro común. Por tanto, los mecanismos evolutivos diversificaron la proteína ancestral en las variantes hoy presentes, conservando, entre otras, las actinas como moléculas eficaces para abordar procesos biológicos antiguos y esenciales.

Estructura actina
Estructura tubulina

5. ASPECTOS DE INTERÉS BIOMÉDICO Y BIOTECNOLÓGICO

5. 1. INTERÉS BIOMÉDICO

Por otra parte, la actina juega un papel primordial en el desarrollo de muchas enfermedades tales como el Alzheimer, diversas miopatías (incluyendo problemas cardíacos) o la patogenicidad de agentes infecciosos como el VIH.

Ø  ¿Qué papel desempeña el citoesqueleto de actina en la pérdida de dinamismo que caracteriza al ALZHEIMER?

Dicho a groso modo, los filamentos de actina del citoesqueleto están en continuo movimiento gracias a la presencia de la proteína “cofilina 1”. Esta se encarga de mantener activo este dinamismo cortando y separando dichos filamentos, pero si se fosforila, se vuelve inactiva y pierde su funcionalidad.

En efecto, experimentalmente se ha evidenciado que la forma inactiva de la cofilina 1 está más presente en las neuronas con Alzheimer que en las sanas, ya que al fosforilarse hace que los filamentos de actina se estabilicen en exceso y pierdan su eficacia, alterando el funcionamiento de las espinas dendríticas.

Ø  ¿Cómo afecta la actina mutada a la contracción muscular? → MIOPATÍAS

Una mutación del gen ACTA1 puede alterar los músculos esqueléticos (además de la función cardíaca o las glándulas tiroideas) por la formación anormal de los filamentos, provocando síntomas como la hipotonía (bajo tono muscular) o debilidad del organismo.

Además, las biopsias musculares muestran que las acumulaciones subarticulares de actina provocan cambios en el plegamiento de la proteína, afectando tanto a sus propiedades como a su expresión. Esto desencadena miopatías congénitas mucho más graves, como la miopatía nemalínica, que impide realizar movimientos espontáneos como el tragar y provoca dificultades respiratorias e incluso, la muerte temprana.

Otras patologías relacionadas con el músculo liso vascular serían la Aneurisma de aorta torácica, causada por una mutación de la ACTA2 que provoca un mal ensamblaje de los filamentos induciendo la dilatación anormal de una porción de la aorta; la Enfermedad de Moyamoya, cuyo origen parece estar también en la ACTA2 además de estar asociada a otras afecciones como el Síndrome de Down, y que hace que la arteria carótida del cráneo se estreche, reduciendo el flujo sanguíneo del cerebro; y diversas Miocardiopatías por distintas mutaciones de la proteína, como la dilatada, la hipertrófica o la restrictiva.

Finalmente, entre las enfermedades relacionadas con los genes de actinas citoplasmáticas encontramos la formación de carcinomas (cáncer) por la sustitución de actina β por la actina kappa; la Distonía juvenil, que es una enfermedad degenerativa poco común del sistema nervioso central causada por la sustitución de una arginina por triptófano; e incluso la Pérdida de audición, que está relacionada con mutaciones en la ACTG1 que afectan a los estereocilios de las células del órgano de Corti.

En relación con la PATOGENICIDAD de AGENTES EXTERNOS: Ciertos agentes infecciosos son capaces de hacer uso de la actina de la célula (especialmente la citoplasmática) en su ciclo de vida. Algunos ejemplos de bacterias de este tipo son la Listeria monocytogenes o las Pseudomonas aeruginosa, y el principal virus conocido es el VIH (del sida), que estimula la polimerización de esta proteína inactivando (como en el caso del Alzheimer) la cofilina.

5. 2. INTERÉS BIOTECNOLÓGICO

Para empezar, la actina por ser una proteína es un macronutriente importante de ingerir.

En primer lugar, se ha demostrado que interviene en el proceso de OSTEOGÉNESIS (síntesis de nuevo tejido óseo), iniciado por las células madre mesenquimales (de la cavidad medular), que son células no especializadas que pueden convertirse en osteoblastos. Lo que han logrado los investigadores es modificar la expresión de genes de estas células precursoras utilizando citocalasina D (en ratones), que es capaz de unirse a filamentos de actina. El transporte de actina en los núcleos mesenquimales es clave para permitir su transformación en células óseas (sin ella, estas células madre se diferenciarían en adipocitos).

Además, la actina y su función contráctil abren enormes perspectivas de futuro en el campo de la BRONCODILATACIÓN y de nuevas técnicas terapéuticas. Un broncodilatador (generalmente en forma de fármaco) permite la dilatación correcta de bronquios y bronquiolos para que el aire mantenga su flujo normal. La actina contribuiría a su correcto funcionamiento regulando el transporte y liberación del Ca++ almacenado en el retículo sarcoplásmico, en células musculares.

Es más, la actina podría influir en la formación de agregados de receptores de un tipo de quimioquinas (CXCR4) en la membrana celular, impidiendo el posterior desarrollo de metástasis tumorales, enfermedades autoinmunes y otras como el SIDA (aunque aún queda mucho por investigar en este ámbito).

6. CONCLUSIÓN

La importancia de la actina radica en su función contráctil. Por ello, si la proteína sufre distintas mutaciones, su expresión fallida repercutirá gravemente en el funcionamiento de nuestros músculos (causando incluso la muerte). Por otra parte, su aplicación en el campo biotecnológico nos ha demostrado que también podemos llegar a evitar serias enfermedades regulándola; y según avance su investigación se incrementará también su capacidad de mejorar nuestra salud.

7. REFERENCIAS

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