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Fusógenos célula-célula

Los fusógenos célula-célula son glicoproteínas que facilitan la fusión de las membranas de célula a célula . La fusión célula-célula es fundamental para la fusión de los genomas...

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Los fusógenos célula-célula son glicoproteínas que facilitan la fusión de las membranas de célula a célula . La fusión célula-célula es fundamental para la fusión de los genomas de los gametos y el desarrollo de órganos en organismos multicelulares. La fusión célula-célula ocurre cuando tanto el citoesqueleto de actina como las proteínas fusogénicas se reorganizan adecuadamente a lo largo de la membrana celular. Este proceso es liderado por protuberancias de membrana impulsadas por actina. [1]

Identificadores

Efectos de EFF-1 y AFF-1 sobre la morfología de las vesículas.

EFF-AFF son los identificadores de las glicoproteínas de tipo 1 que forman los fusógenos célula-célula. Se identificaron por primera vez cuando se descubrió que los mutantes EFF-1 "bloqueaban la fusión celular en todos los epitelios epidérmicos y vulvares " en el gusano redondo , Caenorhabditis elegans . [2] EFF-AFF es una familia de glicoproteínas de membrana de tipo I que actúan como fusógenos célula-célula, llamados a partir de "falla de fusión de células de anclaje". Debido a que se sabía que los mutantes EFF-1 fusionaban con éxito la célula de anclaje y el sincitio utse (costura uterina) para producir un tubo uterino-vulvar continuo, donde estas conexiones fallaban, se descubrieron mutantes AFF-1. AFF-1 se consideró necesario para este proceso además de la fusión de células heterólogas en C. elegans . [3] Las formas transmembrana de estas proteínas , como la mayoría de los fusógenos virales , poseen una secuencia de señal N-terminal seguida de una porción extracelular larga , un dominio transmembrana previsto y una cola intracelular corta . "Una sorprendente conservación en la posición y el número de las 16 cisteínas en la porción extracelular" de las proteínas EFF-AFF de diferentes especies de nematodos sugiere que estas proteínas están plegadas en una estructura 3D similar que es esencial para su actividad fusogénica. [4] Las proteínas AFF-1 y EFF-1 de C. elegans son esenciales para la fusión de célula a célula durante el desarrollo y pueden fusionar células de insectos. "Por lo tanto, los FF comprenden una antigua familia de fusógenos celulares que pueden promover la fusión cuando se expresan en una partícula viral". [5]

Proceso

Los fusógenos célula-célula son proteínas que promueven la fusión de membranas plasmáticas entre diferentes células. Para ser considerados fusógenos, deben ser necesarios para la fusión, fusionar membranas desconocidas y estar presentes en la membrana que se está fusionando cuando sea necesario. Estas células incluyen, entre otras, gametos, trofoblastos, células epiteliales y otras células del desarrollo. Estos fusógenos median la fusión célula-célula y pueden realizar reparaciones neuronales, autofusión y sellado de los fagosomas. Aunque estas proteínas promueven funciones similares entre células, tienen mecanismos individuales. Estos se denominan mecanismos unilaterales (se necesita que esté presente una membrana de fusión) y bilaterales (el mismo o diferentes fusógenos están presentes en ambas membranas). La mayoría de los mecanismos de los fusógenos comienzan con la hemifusión, pero el mecanismo de los fusógenos célula-célula consta de cuatro pasos separados. [6]

Paso

  1. Las células deben identificarse y estar cerca unas de otras.
  2. Se produce hemifusión.
  3. El poro de fusión en la estructura de hemifusión se abre, permitiendo así que el contenido celular se fusione.
  4. Las células se unen completamente gracias a la expansión de los poros.

Aplicaciones

Funciones en la fertilización de gametos

Los fusógenos célula-célula tienen varias aplicaciones diferentes. Estos agentes químicos pueden desempeñar un papel importante en la reproducción sexual y asexual al promover la fusión de las bicapas de membrana. [6] En la reproducción sexual, se encontró evidencia de que en ratones, algunos fusógenos obligatorios de espermatozoides y óvulos son responsables de la fusión; dos proteínas en particular fueron IZUMO1 y CD9. Después de comparar los datos de experimentos realizados con plantas, hongos e invertebrados, se vio que varios genes cruciales podrían haber sido responsables de la fertilización. Sin embargo, al igual que en las levaduras, no se encontró ningún gen que fuera adecuado para el proceso de fertilización. [7] Recientemente, otra proteína ha sido clasificada como fusógeno de gametos (HAP2 o GCS1). Al igual que el ejemplo anterior, esta proteína está presente en plantas, protistos e invertebrados. Este fusógeno se asemeja al fusógeno somático eucariota mencionado anteriormente, EFF-1. La presencia de HAP2 induce la hemifusión y la mezcla del contenido celular. [6] Sin embargo, cuando se considera la reproducción asexual, las células somáticas también pueden experimentar fusión o autofusión entre células. Dos fusógenos particulares observados fueron SO y MAK-2. La evidencia respalda que estas proteínas controlan y regulan la concentración y localización eficiente de proteínas. [7]

Funciones en la reparación neuronal

En el campo médico, se realizan experimentos para probar los usos de los fusógenos célula-célula en las reparaciones de nervios axónicos y para determinar su utilidad con otras células nerviosas. El método actual para la reparación de nervios es suturar los extremos cortados de los nervios. Este tiene un largo proceso de recuperación, con una baja tasa de funcionalidad para los nervios reparados. Al considerar los fusógenos célula-célula como una posible respuesta, los investigadores dividieron estos fusógenos en dos grupos según los mecanismos de fusión: agregación celular y modificación de la membrana. Se encontró que un fusógeno PEG encajaba en ambos grupos. Fue este fusógeno el que hizo posible la restauración de células nerviosas en humanos. Una vez que las operaciones se realizaron dentro de un cierto marco de tiempo (12 horas para la reparación de nervios humanos y 24 horas para los tratamientos de ciática en ratas), la recuperación del paciente fue casi exitosa. Con esta investigación, existe potencial para reparar injertos nerviosos humanos. Algunos usos potenciales de los fusógenos célula-célula estudiados son las vacunas contra el cáncer y la regeneración de células dañadas. Además, cualquier nervio periférico del cuerpo podría ser reparado y los tejidos transferidos podrían funcionar tan pronto como se recuperen los sentidos. Finalmente, cualquier cirugía realizada en los nervios también podría ser reparada, lo que resultaría en una recuperación más rápida. [8]

Véase también

Referencias

  1. ^ Shilagardi K, Li S, Luo F, Marikar F, Duan R, Jin P y col. (Abril de 2013). "Las protuberancias de membrana invasivas impulsadas por actina promueven la participación de proteínas fusogénicas durante la fusión célula-célula". Ciencia . 340 (6130): 359–63. Código Bib : 2013 Ciencia... 340.. 359S. doi : 10.1126/ciencia.1234781. PMC  3631436 . PMID  23470732.
  2. ^ Mohler WA, Shemer G, del Campo JJ, Valansi C, Opoku-Serebuoh E, Scranton V, et al. (marzo de 2002). "La proteína de membrana tipo I EFF-1 es esencial para la fusión celular en el desarrollo". Developmental Cell . 2 (3): 355–62. doi : 10.1016/S1534-5807(02)00129-6 . PMID  11879640.
  3. ^ Sapir A, Choi J, Leikina E, Avinoam O, Valansi C, Chernomordik LV, et al. (mayo de 2007). "AFF-1, un fusógeno regulado por FOS-1, media la fusión de la célula de anclaje en C. elegans". Developmental Cell . 12 (5): 683–98. doi :10.1016/j.devcel.2007.03.003. PMC 1975806 . PMID  17488621. 
  4. ^ Sapir A, Avinoam O, Podbilewicz B, Chernomordik LV (enero de 2008). "Mecanismos de fusión de células virales y de desarrollo: conservación y divergencia". Developmental Cell . 14 (1): 11–21. doi :10.1016/j.devcel.2007.12.008. PMC 3549671 . PMID  18194649. 
  5. ^ Avinoam O, Fridman K, Valansi C, Abutbul I, Zeev-Ben-Mordehai T, Maurer UE, et al. (abril de 2011). "Los fusógenos eucariotas conservados pueden fusionar las envolturas virales a las células". Science . 332 (6029): 589–92. Bibcode :2011Sci...332..589A. doi :10.1126/science.1202333. PMC 3084904 . PMID  21436398. 
  6. ^ abc Brukman NG, Uygur B, Podbilewicz B, Chernomordik LV (mayo de 2019). "Cómo se fusionan las células". The Journal of Cell Biology . 218 (5): 1436–1451. doi :10.1083/jcb.201901017. PMC 6504885 . PMID  30936162. 
  7. ^ ab Aguilar PS, Baylies MK, Fleissner A, Helming L, Inoue N, Podbilewicz B, et al. (julio de 2013). "Base genética de los mecanismos de fusión célula-célula". Tendencias en genética . 29 (7): 427–37. doi :10.1016/j.tig.2013.01.011. PMC 4022042 . PMID  23453622. 
  8. ^ Abdou SA, Henderson PW (enero de 2019). "Fusógenos: agentes químicos que pueden restaurar rápidamente la función después de una lesión nerviosa". Revista de investigación quirúrgica . 233 : 36–40. doi :10.1016/j.jss.2018.07.013. PMID  30502271. S2CID  54563954.
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