La audición y el equilibrio dependen del "apretón de manos firme" entre dos proteínas del oído interno

Los investigadores de Harvard en los Estados Unidos han descrito por primera vez cómo un enlace químico que se asemeja a un "apretón de manos firme" entre dos proteínas en el oído interno es crítico para la audición y el equilibrio. Esperan que el hallazgo conduzca a nuevas investigaciones sobre la pérdida auditiva inducida por el ruido y ciertas enfermedades genéticas.
El equipo, dirigido por el profesor de neurobiología de Harvard Medical School (HMS) David Corey, y Rachelle Gaudet, profesor de biología molecular y celular en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Harvard, escribe sobre el estudio en la edición en línea del 7 de noviembre Naturaleza.

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El oído interno contiene células ciliadas que convierten los estímulos mecánicos, como los movimientos de la cabeza y los sonidos en señales neuronales para mantener el equilibrio y la audición. El equipo de Harvard ha descubierto las características de un área crítica y vulnerable de las células ciliadas, una parte conocida como el "enlace de la punta". Los enlaces de las puntas están hechos de finos filamentos de proteínas o cadenas que conectan físicamente los "cilios" o pelos de las células ciliadas.
Cuando la cabeza se mueve o las vibraciones del sonido entran al oído, hacen que los cilios se muevan. Esto crea tensión en los enlaces de la punta, que comienza un proceso que finalmente envía impulsos nerviosos al cerebro.
Corey, Gaudet y sus colegas mapearon con éxito la estructura atómica tridimensional de los enlaces de punta y calcularon la fuerza que se necesitaría para separarlos.
"Los enlaces de punta son absolutamente vitales para las células ciliadas, y las células ciliadas son absolutamente vitales para la audición y el equilibrio", explica Corey en un comunicado.
"Ahora tenemos esta nueva comprensión de cómo el ruido puede romper un enlace de punta y potencialmente causar un problema de audición", agrega.

Apretón de manos firme entre Cadherins

Los enlaces de consejos comprenden dos tipos de proteínas conocidas como cadherinas que se unen en el medio para formar una cadena larga.
Las mutaciones en estas cadherinas a menudo conducen a trastornos de equilibrio y sordera congénita. A partir de estudios recientes que analizan estas proteínas, los científicos han propuesto que cuando se unen entre sí es probable que sea la primera área en romperse bajo estrés.
Entonces el equipo decidió investigar y le dio al primer autor Marcos Sotomayor, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Corey, el trabajo de probar la idea.
Su primer paso fue sintetizar, purificar y cristalizar una gran cantidad de proteínas ligadas entre sí.

El equipo luego tomó potentes rayos X de las proteínas cristalizadas altamente ordenadas utilizando un acelerador de electrones de 3000 pies de largo en el Laboratorio Nacional de Argonne.
Al analizar el patrón de difracción que los rayos X hicieron después de pasar por el cristal, junto con los datos bioquímicos, Sotomayor pudo crear un mapa tridimensional completo de la estructura química del enlace entre las dos proteínas, con detalles hasta la posición de cada átomo.
Esto demostró que las proteínas se agarran unas a otras como un apretón de manos donde las manos se agarran de las muñecas.

Interfaz de enlace no vista antes

El equipo también descubrió que el apretón de manos molecular no estaba regido por el calcio, como otros científicos de estudios previos habían propuesto, sino por una interfaz extendida e involucrada nunca antes vista en los enlaces entre las cadherinas.
Utilizando supercomputadoras y la estructura 3-D, el equipo simuló la dinámica de las proteínas en diferentes condiciones, como la aplicación de diferentes fuerzas que pueden separar el apretón de manos.

Sus cálculos muestran que se requiere solo la mitad de la fuerza para romper el enlace que el despliegue de las proteínas mismas, lo que confirma que el enlace es la parte más débil del enlace de la punta.
Proponen que si bien el enlace de la punta es lo suficientemente fuerte como para soportar un sonido normal, será la primera área de la célula de pelo que se rompa bajo ruidos fuertes.
En otra parte del estudio, los investigadores descubrieron que ciertas mutaciones de las proteínas cadherin, que se sabe que producen sordera, pueden debilitar el vínculo, por lo que cede incluso a ruidos más silenciosos.
El equipo ahora está buscando descubrir más cosas sobre la estructura del enlace de la punta, como dónde se unen las proteínas con los canales iónicos activados por tensión en las puntas de los cilios.
Los fondos de los Institutos Nacionales de Salud, la National Science Foundation y el Instituto Médico Howard Hughes ayudaron a financiar el estudio.
Escrito por Catharine Paddock PhD