ACTINA

PROYECTO REALIZADO POR: PABLO BENITO, PABLO BLANCO Y ADRIÁN AGUILERA , BIOLOGÍA SANITARIA UAH

INTRODUCCIÓN

La actina es la proteína más abundante de organismos eucariotas, encontrándose en la mayoría de células en gran cantidad. Además es la proteína que más participa en las interacciones proteína-proteína entre las que tenemos conocimiento. Debido a que posee una gran afinidad para unirse a determinadas proteínas, desarrolla un gran número de funciones en la célula, siendo clave en su morfología, movilidad, en división celular y en señalización celular, entre muchas otras funciones (Dominguez, 2011).  Además es una molécula que tiene dos estructuras principales: podemos encontrarla en su forma filamentosa formando polímeros, denominada actina F. Pero también podemos observarla constituyendo monómeros de actina globular, denominada actina G, los cuales se desarrollarán­­ a continuación. Al ser una molécula tan polivalente y abundante en los eucariontes, es de gran interés desde el punto de vista bioquímico y es aplicada en diversos estudios de distinto ámbito científico. No obstante la presencia de defectos en su estructura da lugar a enfermedades de gravedad en ciertas ocasiones.

Actin is the most abundant protein in eukaryotic organisms, presented in most cells, and it’s also the protein that participates the most in protein-protein interactions that we are aware of. Due to its high affinity to bind to certain proteins, it performs a large number of functions in the cell. Being a necessary in its morphology, mobility,  cell division, cell signaling, among  other functions (Dominguez, 2011). It’s a molecule that has two main structures, filamentous form (forming polymers, called actin F). But we can also observe it’s globular form (actin monomers, called G actin), which will be developed below. For being such a versatile and abundant molecule on eukaryotes, it have a great interest from a biochemical point of view and it’s applied in various studies in different scientific fields, as well as the presence of defects in its structure, which give rise to quite serious diseases despite being infrequent.­­

ESTRUCTURA GENÉRICA DEL MONÓMERO DE ACTINA G

La actina es una proteína globular, por lo que tendrá un carácter dinámico-elástico; a pesar de también poder formar estructuras fibrosas. Aunque, en ese aspecto también es dinámica, pues dicha estructura no permanece inmutable sino que polimeriza y despolimeriza según las necesidades celulares iniciando o inhibiendo dichos procesos según señales citoplasmáticas de la propia célula. Lo hará según su función tisular o por un proceso de transducción de otras células cercanas, para adaptarse así a un determinado proceso dinámico conjunto. De esta forma la actina es una proteína que forma complejos especializados en la movilidad celular y la contracción muscular principalmente (Kabsch y Vandekerckhove, 1992).

El complejo estructural básico está conformado por una sola cadena polipeptídica (CHAIN A : unos 375 residuos con una secuencia de nucleótidos y de por tanto aminoácidos traducidos muy conservados en la evolución). A su vez presenta dos dominios (cada uno se divide en 2 subdominios con una hendidura entre ambos). El primero está relacionado con la captación de ATP (hendidura entre dominios) que es hidrolizado en ADP para con esa energía ionizar iones (provoca la unión de ATP por el cual tienen gran afinidad) como: Mg 2+ y Ca 2+ que pueden estar presentes también en estos dominios. Estos determinarán la velocidad de polimerización de los monómeros de actina G en actina F según la afinidad de los iones al ATP; se generará un equilibrio que determinará la polimerización y despolimerización (hidrólisis de ATP en ADP, llevada a cabo por ATPasa estimulada por la formación de filamentos de actina F; y posterior liberación de este por baja afinidad por ADP, permitiendo su reciclaje por una  ATP-sintetasa en ATP.

Por otro lado presenta dominios de unión a otras proteínas reguladoras (inhiben o activan el proceso de polimerización) o motoras con las que se asociará, bien para regular su polimerización o bien para realizar su función dinámica en conjunción con otras proteínas motoras como la miosina (SARCÓMEROS MUSCULARES) (Kabsch y Vandekerckhove, 1992);(Dominguez y Holmes, 2011).

Como apunte hacia la visualización y creación de la estructura de la Actina G en programas de simulación como Chimera: se observa como este monómero es sumamente reactivo y tiende a la captación de ATP para polimerizarse o unirse a otras proteínas con las que estabilizarse y desarrollar cierta funcionalidad; por ello en la mayoría de estudios, al realizar la cristalización para el estudio de su estructura, siempre la encontramos unida consigo misma o con otras proteínas, siendo casi imposible su aislamiento físico.

ACTINA G, estructura extraída de RCSB PBD id:1C0F,
Modificada por: Adrián Aguilera

ANEXO DE IMÁGENES ACTINA G, DOMINIOS DE UNIÓN

ESQUEMA DE LA ACTINA G CON SUS DOMINIOS Y PLEGAMIENTOS IDENTIFICADOS;
Structure and Function of Actin W Kabsch J Vandekerckhove Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure vol. 21 issue 1 (1992) pp: 49-76
Published by Annual Reviews 4139 El Camino Way, P.O. Box 10139, Palo Alto, CA 94303-0139, USA
ACTINA G Y SUS DOMINIOS DE UNION A ATP (CONFORMACIÓN FAVORABLE A LA UNIÓN DE ATP), OBTENIDA DE RCSB PBD id:5MVV,
Modificada por: Adrián Aguilera
ACTINA G Y SUS DOMINIOS DE UNION A ATP (CONFORMACIÓN FAVORABLE A LA UNIÓN DE ATP), OBTENIDA DE RCSB PBD id:2HF4,
Modificada por: Adrián Aguilera
ACTINA G Y SUS DOMINIOS DE UNION A ADP (CONFORMACIÓN NO FAVORABLE A LA UNIÓN DE ADP), OBTENIDA DE RCSB PBD id:2HF3,
Modificada por: Adrián Aguilera

ISOFORMAS DE LA ACTINA

Como sabemos, la actina es una proteína que se conforma a su vez por unos 375 aminoácido. Estos aminoácidos están a su vez codificados y expresados por genes. Así pues, un determinado gen o genes relacionados pueden crear productos proteicos distintos (debido generalmente a un splicing alternativo donde la transcripción de un gen puede implicar la asociación de grupos diferentes de exones en un proceso distinto de la maduración del ARNm que codificaba el gen original), o lo que conocemos como isoformas, pues a pesar de tener estructuras diferentes en mayor o menor medida, realizan una función equivalente o similar a sus isoformas complementarias pues proceden del mismo gen. (Kabsch y Vandekerckhove, 1992)

Estas isoformas fueron localizadas de forma similar a lo estudiado en las prácticas de laboratorio sobre el estudio de las isoformas de la LDH, llevadas a cabo por alumnos de la UAH de primero de Biología Sanitaria; donde se empleó la electroforesis para observar como ciertas isoformas de la LDH son más frecuentes en ciertos tejidos debido a su estructura y capacidad de interaccionar con el PH y PI diferencial.  En el caso de la actina se estudiaron geles bidimensionales de extractos celulares totales, donde la actina variaba ligeramente su punto isoeléctrico según el tejido del que procedían el gel, por ello se intuyó la presencia de isoformas de la misma (Kabsch y Vandekerckhove, 1992).

En el caso de la Actina, según Kabsch y Vandekerckhove (1992), todos los vertebrados de sangre caliente encontramos 6 isoformas expresadas, distribuidas en:  dos actinas del músculo estriado (músculo cardíaco y esquelético), dos actinas del músculo liso (vascular y visceral), y dos actinas no musculares integradas en las células para otras funciones relacionadas con el citoesqueleto y la movilidad celular. La diferencia estructural entre ellas no es muy amplia, pues encontramos muchas regiones conservadas (es interesante la observación de que las regiones de unión actina-actina son muy similares aunque varían lo suficiente como para ser más tendentes a la unión de ciertas proteínas o moléculas para así realizar la función específica de cada tejido adaptándose a su fisionomía y fisiología con la correcta polimerización o despolimerización de los filamentos de actina F) con ciertos pares y tripletes de aminoácidos que varían. Con ello es lógico pensar que sus procesos de polimerización son muy similares y así es como lo demuestra las siguientes pruebas (Kabsch y Vandekerckhove, 1992):

  1. Las tasas de polimerización, concentraciones críticas de monómeros y viscosidades relativas son casi idénticas para la gran mayoría de filamentos de actinas F creados a partir de las distintas isoformas.
  2. Los estudios de copolimerización mostraron que la mayoría de las actinas mostraban propiedades de polimerización muy similares.
  3. El estudio de una mutación en G245D, en una B-actina del fibroblasto humano resultó en una proteína de polimerización deficiente porque esta mutación perturba la región de unión de actina-actina más conservada.

Por tanto, las variaciones entre isoformas podemos considerarlas adaptaciones estructurales para hacer coincidir las actinas con las diferentes proteínas asociadas en lugar de variar las propiedades de polimerización.

Desde un punto de vista evolutivo la actina es una proteína altamente conservada. Existe alrededor de 90% de homología de secuencia en diferentes especies. Según estudios recientes, sabemos que la actina ancestral se ramificó en cuatro tipos: dos actinas estriadas y dos actinas de músculo liso. Las actinas citoplasmáticas son evolutivamente más antiguas y se encuentra en todas las células de eucariotas inferiores, invertebrados y en células no musculares de vertebrados (Kabsch y Vandekerckhove, 1992).

actin-II-isoforma

POLIMERIZACIÓN

Como se ha comentado con anterioridad, y basándose en estudios clínicos, se sabe que el proceso de polimerización de la actina G en actina F es genérico para el resto de isoformas que se expresarán en una mayor o menor proporción en determinados tejidos.

De forma biosintética la actina tiende a formar microfibras cuyo carácter es dinámico y flexible, y permite procesos de movilidad. Para que esto ocurra se sigue el siguiente esquema de sucesos (Dominguez y Holmes, 2011); (Gelambi, n.d.):

  1. Los monómeros de actina G se asocian a ATP por el cual sienten una gran afinidad. Esto ocurre gracias al complejo Mg 2+-ATP que encontramos en cada hendidura entre dominios de las actinas G dispuestas en la misma dirección.
  2. La asociación de X monómeros de actina G-ATP da lugar al filamento de Actina F. Este, debido a la orientación de sus grupos Mg 2+-ATP, lleva a la generación de un dipolo en el filamento. La parte positiva (aquella donde la constante de asociación <<según la ley de acción de masas>> sea mayor y por tanto donde se irán uniendo los monómeros de Actina G en la orientación óptima) crece más rápido que el extremo opuesto, donde encontramos un polo negativo cuya constante de disociación será mayor y por donde el filamento tenderá a fragmentarse cuando se produzca la despolimerización.
  3. Una vez se alcanza la longitud necesaria para realizar la función deseada, obtenemos un filamento de Actina F funcional (posee regiones angostas y anchas, de respectivamente 7 nm y 9 nm de diámetro).  A lo largo del filamento, los monómeros de actina forman una doble hélice; una unidad que se repite a lo largo del filamento que consta de 13 hélices y 28 monómeros de actina, y tiene una distancia de 72 nm.
  4. Una vez que el filamento ha cumplido su cometido y es necesario suprimirlo para formar otras estructuras citoplasmáticas o simplemente relocalizarlo en otros puntos del citosol, se inicia el proceso de despolimerización. En este punto se produce la hidrolisis del ATP (ATPasas); como el Mg 2+ no tiene tanta afinidad por el ADP formado que, por el ATP, comienza a desfragmentarse el filamento (principalmente por el polo negativo donde Kd es mayor). Una vez que las interacciones ejercidas por la orientación del filamento no afectan al complejo Mg 2+-ADP, este libera el ADP por un estado de baja afinidad por él.
  5. En este punto tenemos libres los monómeros de Actina G listos para una nueva polimerización cuando logren interactuar de nuevo con ATP. Por otro lado, las moléculas de ADP liberadas serán recicladas en ATP a través de diversas rutas metabólicas, siendo una de las fundamentales la fosforilación ligada a la cadena respiratoria o por fosforilación a nivel de sustrato.

Asturnatura. (Autor desconocido). Fuente
ACTINA F (MICROFILAMENTO DE ACTINA EN FASE POLIMERIZADA) OBTENIDA DE RCSB PBD id:3B63,
Modificada por: Adrián Aguilera

MOLECULAS ASOCIADAS Y PROCESOS REGULADORES DE LA POLIMERIZACIÓN DE ACTINA

En el proceso anteriormente descrito se deben tener en cuenta otras moléculas y proteínas de carácter regulador o asociativo:

  • La polimerización de la actina G en actina F se encuentra profundamente regulada por la timosina beta4 (TB4). Esta proteína se encarga de unir la actina G y retenerla como monómero, evitando que polimerice. Mientras, la profilina estimula la polimerización de la actina, pues une a los monómeros de actina facilitando la polimerización por el extremo (+), mediante la disociación del complejo actina–TB4 (Mullins y Pollard, 1999).
  • El incremento de iones (Na+, K+ o Mg+2) favorece la formación de filamentos, ya que aumenta la afinidad por el ATP de los monómeros de Actina G, y esto incrementa la asociación por el polo (+).
  • La Gelsolina también es una proteína reguladora de la polimerización de filamentos de Actina F, pues se introduce entre ellos y parte el filamento en dos, ocupando el extremo positivo del filamento e impidiendo que continúe la polimerización de los filamentos; con ello logra facilitar la despolimerización.
  • La “DNase I” también es un factor proteico que inhibe la polimerización de los filamentos de Actina F, inhibiéndose también a sí misma (similar a los inhibidores suicidas enzimáticos, aunque en este caso esta enzima encargada de degradar la doble hélice del ADN que rompe los enlaces difosfato entre el extremo P-03’ al P-05’, se une a los filamentos de actina F para inhibir su polimerización). Esta asociación será fundamental durante procesos de división celular. El estudio de esta proteína permitió conocer con mayor precisión la estructura de la actina en su dominios dedicados a la unión con otras proteínas reguladoras y con la propia “DNASE I” (Kabsch y Vandekerckhove, 1992).
  • La Fimbrina es una proteína estructuralmente regular que favorece la formación de actina F incentivando el proceso de polimerización de la misma. Además se caracteriza por favorecer la creación de haces filamentosos que no son contráctiles. Encontramos de forma abundante esta configuración asociativa entre fimbrina y actina en las microvellosidades intestinales, adoptando un carácter rígido para mantener estable la evaginación membranosa y lograr el aumento de superficie de la vellosidad.
  • La Filamina es una proteína que promueve el “CROSS- LINKING” entre microfilamentos de actina F con la intención de generar redes y entramados de filamentos de actina, dando lugar a estructuras como los cinturones de actina presentes en muchas de las adhesiones celulares o el anillo contráctil de actina durante el proceso de citocinesis (Kabsch y Vandekerckhove, 1992).
ACTINA Y GELSOLINA (DOMINIOS DE UNIÓN),OBTENIDA DE RCSB PBD id:1EQY,
Modificada por: Adrián Aguilera
ACTINA Y DNASE I (DOMINIOS DE UNIÓN),OBTENIDA DE RCSB PBD id:2A42,
Modificada por: Adrián Aguilera

FILAMINA COMO PROMOTORA DE “CROSS- LINKING” entre microfilamentos de actina F, OBTENIDA DE RCSB PBDid:2A42, Modificada por: Adrián Aguilera

Como podemos observar, la actina es una proteína dinámica sumamente regularizada, de hecho, esto solo son unos pocos ejemplos de esto último encontramos familias completas de proteínas encargadas de la regulación de la actina, ya sea para polimerizarse o para la formación de estructuras más complejas y entramadas. Por ejemplo, destaca la superfamilia del dominio de homología de calponina o las Arp 2/3 (acrónimo inglés para Actin-Related Proteins) (Mullins y Pollard, 1999).

MACROESTRUCTURA DE ACTINA Y CITOESQUELETO

Los filamentos de actina F dan lugar a múltiples estructuras tanto a nivel celular como a nivel tisular, aquí se analizarán desde un punto de vista estructural algunas de las principales aplicaciones que tienen estos filamentos en los seres vivos.

Se pueden encontrar microfilamentos de actina de forma frecuente por todo el citoplasma y formando parte del citoesqueleto. Por tanto, como parte del citoesqueleto también participará en otras estructuras celulares como (Universidad de Vigo, n.d.):

  • Las adhesiones celulares, donde la actina se asocia a las uniones ocluyentes como su punto de unión al citoesqueleto y crea además un cinturón a lo largo del perímetro de la unión para estabilizarla. Esto ocurre de forma muy similar en las uniones adherentes. Por último, forman parte de las uniones focales aportándolas ese carácter de unión dinámica (por polarización y despolarización de los filamentos) para permitir el movimiento celular sobre la matriz.
  • La asociación de haces de actina forma a lo largo de la célula cinturones de unión y compresión dinámica que dan forma a la célula participando en su arquitectura. Además, cuando esta estructura se encuentra bajo la membrana actúa como punto de unión de proteínas y permiten la formación de evaginaciones de la membrana por la acción de estos haces de microfibras de actina, dando lugar a las microvellosidades.
  • La actina actúa en la citocinesis formando un anillo contráctil de actina, que se ha formado por los sucesivos “Cross-Linking” entre filamentos de actina F hasta originar el entramado capaz de realizar el estrangulamiento del citoplasma por la despolimerización de los filamentos.
  • La actina es vital en la contracción muscular gracias a su asociación con la miosina (proteína motora), originando sarcómeros.
CITOESQUELETO DE MICROFILAMENTOS DE ACTINA (IMAGEN OBTENIDA A TRAVÉS DE TÉCNICAS DE FLUORESCENCIA)
Depto. Biología Funcional y Ciencias de la Salud. Universidad de Vigo, n.d.). Fuente

ACTINA ASOCIADA A UNIONES OCLUYENTES.
Depto. Biología Funcional y Ciencias de la Salud. Universidad de Vigo, n.d. Fuente
ACTINA FORMANDO ANILLO CONTRACTIL DURANTE LA CITOCINESIS.
(Depto. Biología Funcional y Ciencias de la Salud. Universidad de Vigo, n.d.). Fuente
ACTINA COMO COMPONENTE ESTRUCTURAL BASICO DE MICROVELLOSIDADES.
(Depto. Biología Funcional y Ciencias de la Salud. Universidad de Vigo, n.d.) Fuente

CUADRO INTRODUCTORIO A LAS FUNCIONES DE LA ACTINA

Los microfilamentos de actina realizan múltiples funciones. La falta de estos en la célula impedirían a esta dividirse, realizar endocitosis, ni fagocitosis, moverse, etc. En las células animales, es además esencial para cambiar o mantener la forma celular.

Las funciones de la actina en el citoplasma están estrechamente relacionadas con la dinámica de la polimerización de la actina; un proceso estrictamente regulado donde se responde a señales extracelulares (Moustakas y Heldin 2008; Papakonstanti y Stournaras 2008).

Podemos desarrollar brevemente ciertas funciones de mayor importancia:

  • Citocinesis

Durante el proceso de división celular (en células animales) se produce el estrangulamiento del citoplasma debido a la formación de un anillo de filamentos actina, que, con ayuda de la miosina II, estrecha su diámetro de manera progresiva hasta  separar completamente los dos citoplasmas de las células hijas.

  • Organización interna

Los filamentos de actina que se encuentran en la corteza celular (próximos a la membrana), participan en procesos de formación de vesículas, fagocitosis y pinocitosis.

  • Microvellosidades

Las microvellosidades son expansiones filiformes estables que esencialmente aumentan la superficie de la membrana plasmática. Cada microvellosidad tiene de 0.1 µm de diámetro y 1 a 2 µm de longitud. Además en su interior contiene docenas de filamentos de actina paralelos al eje longitudinal. Aparece un entramado (la red terminal) en la base de las microvellosidades, formado también por filamentos de actina, al cual se conectan los formados por las microvellosidades.

  • Contracción muscular

En las células musculares las moléculas de miosina II se asocian, formando los filamentos gruesos del músculo. Estos tienen una polaridad como una flecha de doble cabeza, donde cada una de estas cabezas arrastra a filamentos de actina hacia el punto intermedio entre ellas en el músculo estriado, traduciéndose en una contracción celular. Este mecanismo molecular implica transiciones estructurales en la interfaz entre el dominio catalítico de la miosina y la actina. Veremos este mecanismo explicado más adelante en el artículo.

Por otro lado unos primeros estudios plantearon la posibilidad de que la actina también esté presente en el núcleo celular y esté implicada en la expresión genética (Scheer et al. 1984; Egly et al. 1984).

La actina participa en la expresión génica como componente de complejos modificadores de cromatina. Los primeros hallazgos de Crabtree y colaboradores revelaron que la actina interactúa con Brg1, la subunidad ATPasa del BAF (Brg o Brm Associated Factors), similar al complejo de remodelación de cromatina (Zhao et al. 1998).

Desde entonces, la beta-actina y un número considerable de proteínas (ARP) relacionadas con la actina se han identificado como componentes de distintos tipos de remodelación de complejos cromatinícos y de histona acetiltransferasa (HAT) en una gran variedad de organismos (Olave et al. 2002; Chen y Shen 2007; Farrants 2008).

MODELO DE INTERACCIÓN:

ACTINA-MIOSINA

  1. La miosina unida a ATP está separada de la actina.
  2. La hidrólisis del ATP provoca un cambio conformacional de la miosina.
  3. El cambio conformacional lleva a la asociación Actina-Miosina.
  4. La miosina tiene una baja afinidad por el ADP+P y lo libera, cambiando su conformación de nuevo y con ello arrastrando a la fibra de actina sobre la que se apoyaba. Así produce el movimiento del filamento de actina con respecto a las miosinas lo que da lugar a la contracción de forma coordinada con otros complejos Miosina-Actina-Miosina.
  5. La miosina se vuelve a unir a ATP, regresando a la conformación posterior y retrayendo con ello el filamento de actina, produciéndose así la relajación muscular (Universidad de Vigo, n.d.).
SUBMUNIDAD DE ACTINA-MIOSINAS, OBTENIDA DE RCSB PBD id:1MVW
REPRESENTACIÓN DE SARCÓMERO MUSCULAR REALIZADO EN CHIMERA X, ESTRUCTURAS OBTENIDAS DE RCSB PBD id:1MVW
Creada por: Adrián Aguilera Martín

En estos pasos se ha visto como ocurre el movimiento de la actina respecto a las miosinas, pero de una forma independiente. Sin embargo, para que esto funcione a nivel tisular debe existir una organización de estos filamentos para su contracción y relajación coordinada. Para ello se originan los sarcómeros, donde se encuentra la repetición de los complejos Miosina-Actina-Miosina funcionando a la vez y de forma coordinada. Procesos según Garambi (n.d.); (Universidad de Vigo, n.d.):

  1. Primero se requiere un aumento en la concentración de Ca 2+ citosólico, tal que este ion entra en las células musculares desde la matriz a través de bombas de Ca 2+ en un transporte activo.
  2. El Ca2+ se une a las Troponinas.
  3. Los complejos Troponina-Ca2+ permite el cambio conformacional de las tropomiosinas que facilitan a su vez el contacto entre la actina y el dominio motor de las miosinas.
  4. Ocurre el movimiento de las cabezas de las miosinas sobre los microfilamentos de actina tras la hidrólisis del ATP, y con ello ocurre la contracción (es interesante observar que como la troponina activada por Ca 2+ se encarga de acercar la miosina a la actina; la hidrólisis del ATP se utiliza en la contracción haciendo más eficiente el proceso).
  5. La relajación llega cuando se libera el ADP y se separa el Ca 2+ de las troponinas, relocalizándolas a ellas y a la tropomiosina, y a su vez alejando el contacto entre actina y miosina.

Sarcomere.svg: David Richfield (Slashme user)derivative work: Retama [CC BY-SA 3.0]. Fuente.

INTERÉS CIENTÍFICO Y APLICACIONES DE LA ACTINA

Al ser una de las moléculas principales del exoesqueleto, y estar presente en gran numero de funciones vitales en eucariontes, la actina es utilizada en experimentos de diversa índole. En este apartado resumiremos aplicaciones de esta que han ayudado al desarrollo científico en diversos ámbitos, y algunas patologías derivadas de esta proteína.

  • En biología celular, siendo utilizado como muestra de control en pruebas de western blot. Con esta prueba podemos determinar la cantidad de proteínas de un tipo especifico, dentro de una muestra que presenta gran número de complejos proteicos. Para obtener dicho valor se debe comparar con una muestra de referencia o control con el obtenido en la muestra a determinar. Como control se utiliza la actina β, debido que son muy abundantes en la mayoría de células, y porque en las células se produce de forma continuada y constante una transcripción y traducción de dichas proteínas. Debido a estas características da lugar a una cantidad muy homogénea, midiendo un valor muy similar en distintas pruebas (Zhang et al., 2012).
  • En nanotecnología, con ciertos estudios donde toman como base para el desarrollo de motores a escala nanométrica tanto la interacción tanto de la kinesina y los microtúbulos, como la interacción de la miosina con la actina. Esto se debe a que son estructuras de un tamaño del orden de nanómeros, pero con gran eficiencia y potencia en el movimiento respecto a su escala (Hess et al., 2001). Se está avanzando en el desarrollo de los denominados motores moleculares, donde se introducen complejos de actomiosina in vitro en una superficie sintética, donde se pueden anclar elementos de nuestra elección a este complejo para su transporte. Aunque en un principio presenta un problema para poder ordenar ambas moléculas con el fin de obtener un movimiento uniforme. Esto ocurre porque en la matriz sintética no se pueden ordenar estas fibras proteicas como ocurre en el interior de los seres vivos (Mansson et al., 2005).

Motores de actomiosina sobre una matriz sintética

Ensamblaje del gel de western blot

«Assembly of a sandwich in western Blot» , por Mahmood y Yang.
N Am J Med Sci, 2012; 4(9): 429–434. Fuente.
  • En la industria alimentaria también puede llegar a ser de gran utilidad al estar asociada a las fibras de miosina, dando lugar de forma conjunta a la estructura funcional de las fibras musculares. Estudios como el de Remignon et al. (2006), expresan que un porcentaje notable de la carne está compuesta por proteínas, de forma que se ha podido relacionar ciertos tipos de polímeros, entre las que destacan la actina y las cadenas pesadas de miosina (MHC). Se ha observado una correlación entre estas dos proteínas, las cuáles al degradarse tras la muerte del animal, determinan la textura final del corte de carne, sobre todo en la de vacuno. Además se han perfeccionando las técnicas de extracción de la actina para su cuantificación y poder llevar a cabo una relación entre esta y la calidad de la carne (Jonker et al., 1987).

Factores principales asociados a la ternura de la carne

«Biomolecular motors at intersection of nanotechnology and polimer science», por Ashutosh Agarwal, H. Hess, 2010. Fuente.
 «Extrinsic and intrinsic factors affecting meat tenderness». Rajwahli Khan et. al, 2020. Researchgate. CC BY. Fuente.

Movimiento ameboide en protozoos

Biologyforums. (Autor desconocido). Fuente.

PATOLOGÍAS ASOCIADAS A LA ACTINA

La actina es una molécula con gran cantidad de funciones a nivel celular, como son su movimiento, mantenimiento de su morfología e interviene en la citocinesis mitótica y meiótica, entre otras muchas funciones. Debido a ello, las alteraciones o malformaciones en su estructura pueden dar lugar a enfermedades graves de diversa índole y han de tenerse en cuenta:

La actina afecta a la invasividad y metástasis del cáncer. Esto se debe a que el desplazamiento celular esta mediado a partir de los filopodios y lamelipodios, los cuales dan movilidad a las células. En el caso de las células cancerígenas es básico para su supervivencia, al poder desplazarse al torrente sanguíneo o sistema linfático y proliferar en varias zonas a la vez. Esto se debe a la mutación génica de diversas proteínas reguladoras de estas estructuras. Un ejemplo son las proteínas tipo Ena/VASP, que regulan el ensamblaje de las fibras de actina para formar filopodios y lamelipodios. Una sobreexpresión del gen que da lugar a esta proteína provoca un aumento en la movilidad de las células cancerosas, aumentando el peligro de metástasis. Además esta alteración de las proteínas Ena/VASP es prácticamente indetectable en ciertas regiones como son por ejemplo las glándulas mamarias y el epitelio de transición del cérvix. (Machesky, 2008).

La degeneración de la actina en el sistema nervioso esta relacionada con la enfermedad del Alzheimer, la cual produce demencia entre otros síntomas bastante graves. Esto se debe a que ciertos estudios defienden que la actina juega un papel fundamental en el citoesqueleto de las células nerviosas, interviniendo en su actividad sináptica, y la plasticidad de su tejido. Un claro ejemplo es en las proliferaciones del cuerpo neuronal, llamadas dendritas, donde observamos unas evaginaciones denominadas espinas dendríticas, que se van modificando y las cuales son muy ricas en actina. A través de estas espinas dendríticas se produce la sinápsis con el axón de una célula contigua, y al alterarse estas espinas se producen errores en la sinapsis. A parte de ello también esta asociado a dicha enfermedad debido a que sirve de elemento motriz en la endocitosis, donde actúa conjuntamente con la clatrina (Pelucchi et al., 2020). Cabe destacar que las malformaciones de las espinas dendríticas están asociadas a otras neuropatologías como son la epilepsia y la enfermedad de Creutzfelt-Jacob (Herms y Dorostkar, 2016).

Desorganización de la actina en células cancerígenas

Sacada de «Mechanics of actin filaments in cancer onset and progress», [Fotografía]; Tafazzoli-Shadpour et al. , 2020. ScienceDirect. CC BY 2.0. Fuente.

En miopatologías hay un defecto de la actina producido por la mutación del gen ACTA1; un gen que determina la actina α. Las mutaciones en este gen son de tipo congénito generalmente, y provocan distintos tipos de miopatías, siendo la más común la miopatía nemalínica. Esta se caracteriza por presentar en las histologías unas estructuras con forma de bastón denominadas cuerpos nemalínicos, que solo se forman cuando la actina no se ha desarrollado correctamente (Wallgreen-Peterson, 2002). Esta se caracteriza por afectar a la musculatura lisa del individuo, sobretodo en los músculos respiratorios y faríngeos. La variante más común es la miopatía nemalínica típica y el síntoma principal es la insuficiencia respiratoria leve, afectando principalmente al dormir, donde la mayoría sufren hipoxia nocturna. Además afecta a la musculatura de la cara y a los músculos flexores del cuello (Clarkson et al., 2004). Se observan seis grados de severidad en esta enfermedad, y todas se presentan desde la infancia. Su grado más problemático es la miopatía nemalínica severa, esta es la segunda más común y los recién nacidos con dicha mutación no presentan respiración espontánea, de forma que deben vivir con un respirador desde su nacimiento. Debido a esto un gran porcentaje de recién nacidos con este grado de la enfermedad mueren antes de su primer año de vida (Clarkson et al., 2004).

Las glomerulopatias primarias son las más frecuentes (59,8%), dentro de las cuales la nefropatía por IgA predomina (34,5%), seguido de la enfermedad de cambios mínimos (12,4%), Glomeruloesclerosis focal y segmentaria (GEFS) (10,8%), seguido por la glomerulonefritis membranosa (9,3%). (Arias, 2009), (Serna et al, 2011)

La GEFS es una enfermedad renal realmente compleja y dependiente de varios factores tanto ambientales como genéticos, los cuales influyen es su desarrollo. La existencia de formas hereditarias ha llevado a realizar sendos estudios genéticos, con el objeto de hallar los eventos que favorecen el desarrollo de GEFS.

En el estudio analizado, se incide en el gen ACTN4, que codifica para la proteína α Actina-4, cuya función es formar adecuadamente el citoesqueleto y los pedicelos del podocito mediante su interacción con los filamentos de F-Actina.

La asociación con la GEFS idiopática es debida a las mutaciones presentes el exón 8 que se corresponden al dominio CH (Calpodin Homology), el cual permite la unión con la actina (Lee et al, 2009). El resultado final es una ganancia de función para la proteína, donde adquiere mayor afinidad por la F-Actina, lo que lleva a un ensamblaje inadecuado de los microfilamentos en el citoesqueleto.

Los resultados encontrados, demuestran mutaciones puntuales en la replicación/traducción de genes funcionales del podocito como: NPHS1, NPHS2, CP2AP, ACTN4 y WT1 y TRPC6 (Cho & Koop, s.f). Las proteínas resultantes de dichos genes interactúan especialmente en la estabilización y la formación de la barrera de filtración.

Histología muscular con cuerpos nemalínicos

Se observa una histología de tricrómico de Gomori. En azul oscuro se observan los cuerpos nemalínicos, y en azul cielo el tejido muscular. (Autor desconocido). Fuente.

BIBLIOGRAFÍA