Fusión de membranas celulares

MAYORGA, LS

Mar del Plata

Congreso; SAIC 2013 Simposio Sociedades Científicas; 2013

SAIC

La fusión entre células y entre organelas subcelulares requiere el reconocimiento de dominios de membrana, la interconexión entre las estructuras que se contactan mediante la apertura de poros de fusión y finalmente la mezcla de las células u organelas en una estructura limitada por una única membrana biológica. Durante la fusión, las bicapas lipídicas alteran profundamente su estructura y deben pasan por estados intermedios poco conocidos que representan una importante barrera energética. Es por esto que la fusión de membranas no es un proceso espontáneo; requiere de complejas interacciones entre lípidos y proteínas que faciliten el contacto entre las bicapas lipídicas y promuevan su mezcla. Los mecanismos moleculares para este proceso han sido estudiados en detalle durante el transporte de macromoléculas en las vías endocíticas y exocíticas como así también en la secreción en células neuroendócrinas. También se conoce el mecanismo de fusión utilizado por diversos virus para invadir células. Por el contrario, los mecanismos de fusión célula-célula están menos caracterizados. Un análisis de todos los proceso de fusión de membranas biológicas muestra una clara homología entre los mecanismos de exocitosis y de fusión de organelas intracelulares, mientras que las células para fusionarse parecerían utilizar mecanismos moleculares diversos, con poca homología entre sí y evolutivamente divergentes. La fusión de las gametas masculina y femenina para generar un nuevo ser es central para la supervivencia de una especie. Dos procesos secretorios son claves para una fecundación exitosa en mamíferos: la exocitosis del contenido del gránulo acrosómico del espermatozoide al tomar contacto con la matriz extracelular que rodea el ovocito, y la exocitosis de los gránulos corticales luego de la fecundación para evitar la poliespermia. Nuestro laboratorio se ha abocado a la caracterización de los cambios morfológicos y bioquímicos involucrados en la reacción acrosomal en espermatozoides humanos. Durante la misma, la membrana del espermatozoide sufre cambios estructurales y bioquímicos significativos; se trata entonces de una exocitosis regulada pero con características muy especiales. El acrosoma es un gránulo de forma aplanada, que se fusiona en múltiples puntos con la membrana plasmática, lo que conduce a la formación de vesículas híbridas rodeadas por parches de membrana plasmática y membrana acrosomal externa. Toda la maquinaria molecular que se ha descrito para la fusión de membranas intracelulares en otros sistemas interviene en la exocitosis acrosomal, incluyendo proteínas Rabs y sus efectores, SNAREs de tipo sináptico con sus proteínas reguladoras y proteínas censoras de calcio, como sinaptotagmina. La secreción tiene además características particulares; está finamente regulada por fosforilación y desfosforilación de proteínas claves. Diferentes lípidos, como colesterol, fosfoinosítidos y esfingosina-1-fosfato, modulan la iniciación y el progreso del proceso. El gránulo se deforma profusamente antes de la fusión con la membrana plasmática, lo que permite que el contacto con la misma ocurra en zonas muy definidas. Ese fenómeno contribuye a la formación de las vesículas híbridas que se desprenden durante la exocitosis. En los últimos años nos ha interesado además estudiar los procesos moleculares involucrados en la reacción cortical. Los primeros resultados indican que también aquí Rabs y SNAREs tienen un papel central. Los avances en el conocimiento de los mecanismos involucrados en la reacciones acrosomal y cortical de las gametas son básicos para contribuir a solucionar problemas de fertilidad e infertilidad en seres humanos y en animales. Además, dadas las características especiales de las gametas, contribuyen al conocimiento de aspectos difícilmente abordables de la exocitosis regulada en otros modelos celulares.