Presentación: Membrana Plasmática de Linfocitos

Artículo. Protein Kinase C α/β Inhibitor Go6976 Promotes Formation of Cell Junctions and Inhibits Invasion of Urinary Bladder Carcinoma Cells.

La familia de la Proteína Cinasa C (PKC), está involucrada en diferentes procesos tales como la regulación de la expresión génica, la proliferación celular, uniones celulares, apoptosis y migración. La PKCα está ligada a la progresión de cáncer ya que incrementa la proliferación celular, migración e inhibición de la apoptosis. Sin embrago la PKCδ tiene efectos opuestos a la α; es decir, promueve la apoptosis y disminuye la progresión celular. Por lo tanto se propone inhibir la PKCα y activar la PKCδ en terapias que tratan el cáncer. Así mismo en estudios anteriores se ha demostrado que la pérdida de uniones célula-célula es crucial en la progresión del cáncer. Este artículo se enfoca en el efecto de la inhibición de la PKC en las uniones celulares así como en la invasión de cultivos de carcinoma transicional de la vejiga (TCC), cuyo principal factor de riesgo son las nitrosaminas, que se encuentra en el humo del cigarrillo; esto sugiere una activación de las isoenzimas PKC α/β y una inactivación de PKCδ que  se encuentran en el epitelio de la vejiga.

Se utilizó un inhibidor de PKC α/β (Go6976) y posteriormente se expusieron líneas celulares a éste,  la 5637 y la T24 de cultivos de células de carcinoma de vejiga, induciendo un rápido agrupamiento de las células de carcinoma; así mismo se realizó una inmunofluorescencia utilizando anticuerpos de caderinas, pudiéndose observar que Go6976, incrementó el número de uniones adherentes y desmosomas. También se determinó que Go6976 inhibe la invasión y movimiento celular; en el caso de las células 5637 la invasión celular fue casi bloqueada. Por lo tanto se propone a Go6976 como un agente quimioterapéutico; pues resulta un potente inductor de restauración de uniones celulares como las adherentes y desmosomas, que juegan un papel muy importante en la invasión celular y metástasis.

Koivume, J., Aaltonen, V., Koskela, S., Lehenkari, P., Laato, M., Peltonen, J. Protein Kinase C α/β Inhibitor Go6976 Promotes Formation of Cell Junctions and Inhibits Invasion of urinary bladder Carcinoma Cells. Cancer Research. 2004. 64:5693-5701.

Membrana Plasmática

1.    

a.      Organización molecular de la membrana

Hace cerca de 70 años la membrana citoplasmática se describió como una bicapa de lípidos, con base en la evidencia que mostraba que los lípidos extraídos de la membrana citoplasmática de los eritrocitos, ocupaban un área de la superficie del agua que tenía el doble del área de la superficie de la célula original. Con base en estos datos la conclusión fue que las moléculas de lípidos de la membrana citoplasmática estaban dispuestas en forma de una estructura continua de dos moléculas de grosor. Sin embargo, las propiedades de la superficie de una bicapa simple de lípidos fueron completamente diferentes a las de una célula viva por lo que se propusieron después otros modelos de membrana que respondían tanto a las proteínas como a los lípidos de ésta.

En 1953 James Danielli y Hugh Davson postularon que la bicapa de lípidos estaba cubierta en cada superficie por una monocapa continua de proteínas globulares hidratadas. Al principio de la década de 1960 J. David Robertson propuso una versión modificada del modelo de Danielli-Davson en donde se consideraba que las proteínas estaban dispuestas en forma extendida, más que una conformación globular en ambas superficies de la bicapa de fosfolípidos. Debido a las objeciones hechas a los modelos disponibles, se estimularon nuevos tipos de estudios, al final de la década de 1960, S. Jon Singer y Garth Nicolson propusieron el modelo de la membrana del mosaico fluido, según el cual un mosaico de moléculas de proteína estaba distribuido en y sobre la bicapa fluida de fosfolípidos (Avers, 1991).

Bibliografía

1. Avers, C.  J. Biología Celular. 1991. Grupo editorial Iberoamericana. 2da. Edición. México. pp. 120-121.

i. Modelo de membrana

El conocimiento de la estructura de las membranas ha evolucionado basándose en las pruebas aportadas por las investigaciones fisicoquímica, bioquímicas y de microscopía electrónica. Todas las membranas biológicas presentan un ordenamiento de los lípidos en forma de bicapa. Un problema central en los primeros modelos era como explicar la interacción de las proteínas de membrana con la bicapa lipídica. A principios de la década de 1970, S. J. Singer y G.L. Nicolson propusieron el modelo de mosaico fluido (Devlin, 2004). El modelo de Singer-Nicolson postula que la bicapa de lípidos se encuentra en estado relativamente fluido, con la consistencia del aceite ligero, y que los lípidos de cada monocapa se pueden mover hacia los lados dentro del plano de la membrana (Figura 1). En cada superficie de la bicapa de lípidos están distribuidas varias moléculas y otras proteínas sobresalen en una o ambas superficies. Las proteínas de la superficie son periféricas y las proteínas que se extienden dentro o a través de la bicapa son integrales (Avers, 1991). Singer y Nicolson propusieron que las fuerzas predominantes responsables de la estructura de la membrana son las interacciones hidrofílicas e hidrofóbicas. Si ambos tipos de interacciones moleculares se maximizan la membrana puede encontrarse en un estado estable, con un gasto mínimo de energía libre, ya que los lípidos de membrana y muchas de sus proteínas son anfipáticos y contienen regiones hidrofílicas e hidrofóbicas en la misma molécula, el modelo de Singer-Nicolson se ajusta a los requerimientos termodinámicos para la estructura de la membrana así mismo propusieron que la bicapa de lípidos era el armazón básico para la construcción de la membrana y que las proteínas se incorporaban a éste como un mosaico de moléculas. Dicha membrana mostraría interacciones de lípido-lípido, lípido-proteína y proteína-proteína en grados variables, apoyando así una mejor movilidad lateral de los lípidos y las proteínas en el plano de la membrana (Avers, 1991). Se propuso que tanto lípido como proteínas difunden lateralmente. Las características de la bicapa lipídica explican muchas de las propiedades de las membranas celulares, como su fluidez, su flexibilidad, que permiten cambios de forma, su capacidad de autocerrarse y su impermeabilidad. El modelo es aún objeto de modificaciones y refinamientos; así  ahora se considera que los lípidos pueden adoptar dominios estructurales no lamelares y que largas cadenas acilo de una capa pueden interdigitarse con las de la capa opuesta. (Devlin, 2004).

Fig. 1. Modelo de mosaico fluido de las membranas biológicas.

Tomado de D. Voet y J. Voet, Biochemistry, 2da. Ed. New York, 1995.

Bibliografía

1. Avers, C.  J. Biología Celular. 1991. Grupo editorial Iberoamericana. 2da. Edición. México. pp. 120-121.
2. Devlin, T. M. Bioquímica: Libro de texto con aplicaciones clínicas. 2004. Editorial Reverté. España. pp. 505-507

ii. Lípidos y fluidez de la membrana

Los lípidos más abundantes en las membranas celulares son los fosfolípidos, los cuales son moléculas anfipáticas que constan de dos cadenas hidrocarbonadas y de un grupo polar en la cabeza. Los principales fosfolípidos de la membrana citoplasmática eucariótica son: la fosfatidilcolina, la fosfatidiletanolamina, el fosfatidilinositol y la fosfatidilserina. Estos y otros lípidos no están distribuidos al azar en la bicapa de la membrana. Las cadenas hidrocarbonadas de los fosfolípidos de la membrana son diferentes en las dos capas de la membrana. Las diferencias en los residuos de carbohidratos y proteínas hacen a las dos mitades de la membrana citoplasmática todavía más distintas. Otra clase de lípidos anfipáticos que se encuentran en la membrana citoplasmática de muchos organismos es el grupo de los glicolípidos y uno de los más simples es el galactocerebrósido, el cual es particularmente abundante en la  mielina. Los glicolípidos más diversificados y complejos son los gangliósidos que son especialmente característicos de la membrana plasmática de las neuronas. En la membrana plasmática y en algunas otras membranas de las células animales, se presenta en cantidades importantes una tercera clase de lípido el colesterol (Avers, 1991).

La fluidez de las membranas celulares es biológicamente importante. Algunos procesos de transporte y algunas actividades enzimáticas, pueden detenerse cuando la viscosidad de la bicapa se incrementa experimentalmente más allá de un nivel de umbral. La fluidez de una bicapa lipídica depende tanto de su composición como de la temperatura. Una bicapa sintética, producida a partir de un único tipo de fosfolípido, pasa de un estado líquido a un estado cristalino rígido en un punto de congelación característico. Este cambio de estado recibe el nombre de transición de fase, y la temperatura a la que se produce es más baja (es decir, la membrana resulta más difícil de congelar) si las cadenas hidrocarbonadas son cortas o tienen dobles enlaces cis. Una menor longitud de la cadena reduce la tendencia de las colas hidrocarbonadas a interaccionar entre sí, y los dobles enlaces cis  producen pliegues en las cadenas hidrocarbonadas que dificultan su empaquetamiento, de forma que las membranas permanecen fluidas a temperaturas bajas.

Como se había mencionado anteriormente, la bicapa lipídica de muchas membranas celulares no sólo está compuesta exclusivamente por fosfolípidos; habitualmente contienen además colesterol y glucolípidos (Figura 2). Las membranas plasmáticas de eucariotas contienen cantidades especialmente elevadas de colesterol –hasta una porción de más de una molécula de colesterol por cada molécula de fosfolípido. Las moléculas de colesterol refuerzan el carácter de barrera permeable de la bicapa lipídica. Se orientan en la bicapa con sus grupos hidroxilo próximos a las cabezas polares de las moléculas de fosfolípidos; sus anillos esteroides, planos y rígidos, interactúan con –y en parte inmovilizan- las regiones de las cadenas hidrocarbonadas que son más cercanas a los grupos polares de la cabeza, dejando el resto de la cadena más flexible. Al disminuir la movilidad de los primeros grupos CH₂ de las cadenas hidrocarbonadas de las moléculas de fosfolípidos, el colesterol hace a la bicapa lipídica más rígida en esta región y de ese modo disminuye la permeabilidad de la bicapa a moléculas solubles pequeñas. Aunque de esta manera el colesterol tiende a hacer menos fluidas las bicapas lipídicas a las altas concentraciones en que se presenta, también impide que las cadenas hidrocarbonadas se junten y cristalicen (Alberts, 2002).

Fig. 2.  Colesterol

a)                  a) Estructura del colesterol

b) Modelo espacial con C en gris y O en rojo. Tomado de (Alberts, 2002). 

Bibliografía

1.       Avers, C.  J. Biología Celular. 1991. Grupo editorial Iberoamericana. 2da. Edición. México. pp. 120-121.

2.       Alberts, B., Bray, D., Lewis, J. Biología Molecular de la célula. 2002. Ediciones omega. Tercera edición. España. pp. 511-513.