Espectrina

Diagrama esquemático da espectrina e outras moléculas citoesqueléticas.

Localización da espectrina alfa-II en cor verde baixo a membrana plasmática de neuronas de rata en cultivo de tecidos vista con microscopio confocal e inmunofluorescencia. Os núcleos das células están en azul polo uso da tinguidura do ADN DAPI.

A espectrina é unha proteína citoesquelética que cobre o lado intracelular da membrana plasmática dos eritrocitos e outras células como as neuronas. A espectrina forma agrupacións pentagonais e hexagonais, formando un armazón e exercendo un importante papel no mantemento da integridade da membrana plasmática e da estrutura citoesquelética.^[1] Estas agrupacións hexagonais están formadas por tetrámeros de subunidades de espectrina asociados con curtos filamentos de actina a ambos os extremos do tetrámero. Estes curtos filamentos de actina funcionan como complexos de unión que permiten a formación da rede hexagonal. A proteína recibe o nome de espectrina porque foi primeiramente illada como un compoñente proteico principal dos glóbulos vermellos ou eritrocitos humanos que foran tratados con deterxentes suaves; os deterxentes lisaban as células e a hemoglobina e outros compoñentes citoplasmáticos eran retirados por lavado. No microscopio óptico a forma básica do glóbulo vermello podía aínda percibirse como o citoesqueleto submembranoso perservado que contiña espectrina co mesmo perfil da célula. A isto chamóuselle "fantasma" (ou espectro) do glóbulo vermello, e a principal proteína deste fantasma denominouse espectrina.

En certos tipos de lesións cerebrais como a lesión axonal difusa, a espectrina é cortada irreversiblemente polo encima proteolítico calpaína, destruíndo así o citoesqueleto.^[2] O corte da espectrina causa que a membrana forme os chamados blebs e finalmente sexa degradada, normalmente causando a morte da célula.^[3] As subunidades de espectrina poden tamén ser cortadas polos encimas da familia da caspase, e a calpaína e a caspase producen diferentes produtos da degradación da espectrina que poden detectrse por western blot con anticorpos apropiados. O corte feito pola calpaína pode indicar a activación da necrose, mentres que o corte que fai a caspase pode indicar apoptose.^[4]

En eritrocitos

A conveniencia de usar eritrocitos comparados con outro tipo de células fixo que se converresen no modelo estándar para a investigción do citoesqueleto de espectrina. A espectrina dimérica fórmase pola asociación lateral dos monómeros αI e βI para formar un dímero. Os dímeros despois asócianse nunha formación cabeza-cabeza para producir o tetrámero. A asociación cola-cola destes tetrámeros con curtos filamentos de actina produce os complexos hexagonais observados.

En humanos, a asociación coa cara intracelular da membrana plasmática é por interacción indirecta establecida por medio de interaccións esta vez directas coa proteína 4.1 e a anquirina, co transportador de ións transmembrana banda 3. A proteína 4.2 une a rexión da cola da espectrina á proteína transmembrana glicoforina A.^[5] En animais, a espectrina forma a rede estrutural que lle dá a súa forma aos eritrocitos.

O modelo dos eritrocito demostra a importancia do citoesqueleto de espectrina porque as mutacións na espectrina adoitan causar defectos nos eritrocitos, incluído a eliptocitose hereditaria e raramente a esferocitose hereditaria.^[6]

En invertebrados

Hai tres espectrinas en invertebrados, α, β e β_H. As mutacións na espectrina β_H en Caenorhabditis elegans causan defectos na morfoxénese orixinando como resultado un animal significativamente máis curto, pero polo demais normal, que se move e reproduce. Estes animais, chamados "sma" (de fenotipo small, pequeno), levan mutacións no xene sma-1 gene de C. elegans. ^[7] Unha mutación no xene unc-70 da espectrina β de C. elegans causa un fenotipo descoordinado no cal estes vermes están paralizados e son moito máis curtos que os de tipo silvestre.^[8] Ademais dos efectos morfolóxicos, a mutación no xene unc-70 tamén produce neuronas e músculos defectuosos. A cantidade de neuronas é a normal, pero o brote neuronal é defectuoso, e nos músculos as miofibrilas están desorganizadas.

De xeito similar, a espectrina exerce unha función nas neuronas de Drosophila. Os knockouts de espectrinas α ou β en D. melanogaster orixinan neuronas que son morfoloxicamente normais pero que teñen unha neurotransmisión reducida na unión neuromuscular.^[9]

En vertebrados

Xenes de espectrina en vertebrados

A familia xénica da espectrina experimentou unha expansión no decurso da evolución. En vez do único xene α e os dous β que hai en invertebrados, en vertebrados hai dúas espectrinas α (αI e αII) e cinco espectrinas β (de βI a V), nomeadas pola orde en que se descubriron.

En humanos os xenes son:

• Alfa: SPTA1, SPTAN1
• Beta: SPTB, SPTBN1, SPTBN2, SPTBN4, SPTBN5

A produción de espectrina é promovida polo factor de transcrición GATA1.

Papel no tecido muscular

Hai algunhas probas do papel das espectrinas nos tecidos musculares. En células do miocardio, a distribución da espectrina αII coincide cos discos Z do sarcómero e estabiliza os compoñentes da membrana plasmática en relación coas miofibrilas.^[10] Ademais, os ratos con knockout para a anquirina (ankB) presentan unha alteración da homeostase do calcio no miocardio. Os ratos afectados teñen bandas Z e morfoloxía dos sarcómeros distorsionadas. Neste modelo experimental os receptores de rianodina e IP₃ teñen unha distribución anormal en miocitos cultivados. A sinalización por calcio das células cultivadas está alterada. En humanos, unha mutación no xene AnkB ten como resultado a síndrome de QT longa e morte súbita, o que reforza a evidencia de que a espectrina citoesquelética exerce un papel en tecidos excitables.

Notas

1. Huh, Gi-Yeong; Glantz, Susan B.; Je, Soojung; Morrow, Jon S.; Kim, Jung H. (decembro de 2001). "Calpain proteolysis of alpha-II-spectrin in the normal adult human brain". Neurosci. Lett. 316 (1): 41–4. PMID 11720774. doi:10.1016/S0304-3940(01)02371-0. 
2. Büki, A.; Okonkwo, D. O.; Wang, K. K.; Povlishock, J. T. (April 2000). "Cytochrome c release and caspase activation in traumatic axonal injury". J. Neurosci. 20 (8): 2825–34. PMC 6772193. PMID 10751434. doi:10.1523/JNEUROSCI.20-08-02825.2000. 
3. Castillo, MR; Babson, JR. (1998). "Ca²⁺-dependent mechanisms of cell injury in cultured cortical neurons". Neuroscience 86 (4): 1133–1144. PMID 9697120. doi:10.1016/S0306-4522(98)00070-0. 
4. Li, Jia; Li, Xue-Yuan; Feng, Dong-Fu; Pan, Dong-Chao (decembro de 2010). "Biomarkers associated with diffuse traumatic axonal injury: exploring pathogenesis, early diagnosis, and prognosis.". J. Trauma 69 (6): 1610–1618. PMID 21150538. doi:10.1097/TA.0b013e3181f5a9ed. 
5. Pathologic Basis of Disease, 8ª edición Robbins and Cotran (2010) páxina 642
6. Delaunay, J (1995). "Genetic disorders of the red cell membranes". FEBS Letters 369 (1): 34–37. PMID 7641880. doi:10.1016/0014-5793(95)00460-Q. 
7. McKeown, C; Praitis VM; Austin JA (1998). "sma-1 encodes a betaH-spectrin homolog required for Caenorhabditis elegans morphogenesis.". Development 125 (11): 2087–98. PMID 9570773. 
8. Hammarlund, M; Davis WS; Jorgensen EM (2000). "Mutations in β-Spectrin Disrupt Axon Outgrowth and Sarcomere Structure". Journal of Cell Biology 149 (4): 931–942. PMC 2174563. PMID 10811832. doi:10.1083/jcb.149.4.931. 
9. Featherstone, DE; Davis WS; Dubreuil RR; Broadie K (2001). "Drosophila alpha- and beta-spectrin mutations disrupt presynaptic neurotransmitter release". Journal of Neuroscience 21 (12): 4215–4224. PMC 6762771. PMID 11404407. doi:10.1523/JNEUROSCI.21-12-04215.2001. Consultado o 2007-02-11. 
10. Bennett, PM; Baines AJ; Lecomte MC; Maggs AM; Pinder JC (2004). "Not just a plasma membrane protein: in cardiac muscle cells alpha-II spectrin also shows a close association with myofibrils". Journal of Muscle Research and Cell Motility 25 (2): 119–126. PMID 15360127. doi:10.1023/B:JURE.0000035892.77399.51. 

Véxase tamén

Outros artigos

• Repetición de espectrina
• Glicoforina C, axuda a ancorar o citoesqueleto de espectrina-actina á membrana celular en eritrocitos

Ligazóns externas

• Proteopedia 2fot - complexo entre a calmodulina e a espectrina alfa-II