La evolución biológica siempre ha ido de la mano de la evolución celular. Las células de organismos eucariotas, la rama más avanzada del árbol evolutivo, se caracterizan por tener el núcleo diferenciado por una membrana. Esa membrana es, en realidad, un laberinto dinámico de compartimentos interconectados, cada uno dedicado a una función específica. Estos compartimentos se comunican a través de conexiones y portadores especializados. Un ejemplo de tales portadores son las vesículas de transporte que permiten el tránsito de material celular entre los diferentes compartimentos. La biogénesis del transporte vesicular indica el nivel más alto del desarrollo celular y, a su vez, la aparición de sistemas proteicos que controlan este transporte coincide con la aparición del sistema nervioso central.
Un claro ejemplo de la ligazón entre evolución biológica y celular son las proteínas de la superfamilia de las dinaminas, pues su evolución va de la mano con la evolución de los orgánulos celulares. En concreto, las dinaminas están involucradas en la remodelación (escisión y fusión) de la membrana en diferentes compartimentos celulares. Un miembro fundador de esta familia es la dinamina 1, que opera en las neuronas, controlando la remodelación de las membranas durante la transmisión de impulsos nerviosos entre las células del cerebro. Esta proteína ha sido objeto del reciente estudio desarrollado en el grupo de Nanomecánica de Membranas de la Unidad de Biofísica de la UPV/EHU en colaboración con importantes grupos de investigación de EEUU y Alemania. Los resultados de la investigación han sido recientemente publicados en la prestigiosa revista Nature.
La dinamina 1 actúa a escalas nanométricas dividiendo las membranas en tan sólo fracciones de segundos. En esta investigación se ha conseguido por primera vez estudiar las transformaciones que esta proteína provoca en la membrana durante su escisión, empleando ingeniería proteica. Los investigadores "congelaron" las conformaciones de la dinamina 1 en sus diferentes estadios, lo cual les permitió correlacionar las transformaciones de la membrana con las disposiciones que adoptaba la proteína durante su acción. Para ello, desarrollaron nuevos nanomodelos de membrana que permitieron el análisis de los procesos en moléculas individuales.
Lo novedoso del estudio es que por primera vez se ha probado experimentalmente la existencia de una secuencia definida de estructuras intermedias de la membrana durante la escisión, secuencia antes solo propuesta por estudios teóricos. Además, basándose en un estudio de simulación, los autores proponen que estas estructuras intermedias son comunes para todos los procesos de fusión y fisión de membrana en las células.
Los resultados del estudio permitirán analizar cómo evolucionaron las proteínas para controlar las membranas celulares, además de avanzar nuestros conocimientos sobre los mecanismos básicos de procesos celulares vitales (por ejemplo, la endocitosis, por el cual la célula introduce en su interior moléculas grandes o partículas) y patogénicos (como las infecciones víricas).
Referencia bibliográfica
Juha-Pekka Mattila, Anna V. Shnyrova, Anna C. Sundborger, Eva Rodriguez Hortelano, Marc Fuhrmans, Sylvia Neumann, Marcus Müller, Jenny E. Hinshaw, Sandra L. Schmid & Vadim A. Frolov. A hemi-fission intermediate links two mechanistically distinct stages of membrane fission. Nature (2015) doi:10.1038/nature14509
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