Determinantes moleculares implicados en la función de los canales iónicos dependientes de voltaje

Resumen

Los canales iónicos dependientes de voltaje son proteínas que intervienen en multitud de procesos fisiológicos, tales como la contracción muscular, la transmisión nerviosa, el control del volumen celular, la activación celular, o la regulación de la proliferación celular, entre otros. La presente tesis se centra en el estudio de dos tipos concretos de canales iónicos. Los canales de potasio dependientes de voltaje y los canales de sodio dependientes de voltaje. La mayoría de canales iónicos dependientes de voltaje comparten un patrón estructural esencial común. A partir de éste se generan diferencias responsables de las peculiaridades de cada proteína. La estructura común responde al hecho que todos los canales dependientes de voltaje proceden de un ancestro primitivo común. Además, la homología existente indica que mediante procesos celulares concretos se pueden regular las propiedades de canales distintos. Este hecho permite un cierto grado de extrapolación de los conocimientos adquiridos con un tipo de canal iónico, a otros canales similares. Uno de los apartados de la presente tesis ha consistido en abordar el del papel fisiológico de los canales de sodio dependientes de voltaje Nav1.4 y Nav1.5 en los procesos de proliferación y diferenciación muscular. Tanto la proliferación mioblástica como la diferenciación miotubular producen una regulación al alta en los niveles de expresión de ambas proteínas. Ninguno de los canales ejerce un papel aparente en la proliferación mioblástica. No obstante, específicamente Kv1.5 está involucrado directamente en la miogénesis. Resultados previos de nuestro laboratorio demostraron que los canales de potasio dependientes de voltaje Kv1.3 y Kv1.5 también resultan regulados por estos procesos, pero ninguno ejerce un papel como el observado para Kv1.5. Tanto los canales de sodio como los de potasio comparten mecanismos de tráfico subcelular y distribución en la superficie. Los canales de sodio son proteínas muy grandes que se plegan adoptando una simetría tetra radial. Cada uno de los cuatro dominios de un canal Nav equivale a una de las cuatro subunidades integrantes de un canal Kv, cuatro veces más pequeñas. La simplicidad en la estructura se corresponde con la necesidad de emplear una metodología más fácil. Por este motivo, otro de los apartados se ha centrado en el estudio de los mecanismos que controlan la distribución en membrana de los canales Kv1.3 y Kv1.5. Los canales Kv no se distribuyen en la membrana superficial de forma homogénea ni al azar. En su lugar, se reparten entre microdominios de membrana más o menos organizados. Para el caso de Kv1.3, éste presenta una serie de determinanantes moleculares en su secuencia que son reconocidos por elementos celulares concretos (tales como proteínas caveolinas). No sólo la distribución de los canales en la membrana resulta importante, sino que la llegada a la misma en fundamental para regular la actividad de estas proteínas. En este sentido, los resultados presentados en la tesis indican que el canal Kv1.3 posee señales específicas en su extremo C-terminal que controla el tráfico de la proteína hacia la superficie. Concretamente, dichos dominios intervienen en el reconocimiento del canal por parte de la maquinaria celular (complejo COP II) encargada de la salida de Kv1.3 del retículo endoplasmático hacia el complejo de Golgi. Para concluir, el último aspecto analizado en la presente tesis es la internalización del canal Kv1.3. Los resultados presentados muestran la existencia de dos vías interrelacionadas que culminan en la activación de la endocitosis de Kv1.3. La vía de activación del receptor de EGF, que cursa con la modulación del canal por parte de la serina/treonina quinasa ERK1/2 y con la ubiquitinización por Nedd4-2. Y la vía de la activación de las proteínas quinasas C, que también ubiquitiniza a Kv1.3 a través de Nedd4-2. Con ambas vías el canal se internaliza utilizando vesículas recubiertas de clatrina.