Els Drs. David Ramos-Vicente i Àlex Bayés, investigadors del Grup de recerca Fisiologia Molecular de la Sinapsi de l’Institut de Recerca de Sant Pau-IIB Sant Pau han publicat recentment l’article “AMPA receptor auxiliary subunits emerged during early vertebrate evolution by neo/subfunctionalization of unrelated proteins” a la revista científica Open Biology que publica la Royal Society.
Les sinapsis són les estructures especialitzades mitjançant les quals es comuniquen les neurones, usant unes molècules concretes, els neurotransmissors. L’aminoàcid glutamat és el principal neurotransmissor excitatori del sistema nerviós dels animals. Quan una neurona, la neurona presinàptica, s’activa, transmet aquest senyal alliberant glutamat a l’espai sinàptic on actuarà sobre els receptors presents a la membrana d’una altra neurona, anomenada postsinàptica.
Els receptors ionotròpics de glutamat (iGluRs) són canals iònics que s’obren quan s’hi uneix aquest aminoàcid, mediant així la transmissió ràpida de la senyal. Els iGluRs a les sinapsis es troben acompanyats per diverses proteïnes (subunitats) auxiliars, que modifiquen i regulen la seva activitat. En concret, els iGluRs de tipus AMPA tenen fins a 14 subunitats auxiliars diferents que es combinen de diverses maneres per acompanyar i regular aquests receptors, formant el que anomenem el complex AMPA. Aquestes subunitats auxiliars pertanyen a diverses famílies proteiques, que són grups de proteïnes amb un origen evolutiu comú i estructuralment relacionades. Tot i que el complex AMPA és ben conegut en mamífers, poc en sabem sobre el seu origen i evolució.
L’Estudi té com a objectiu establir la història evolutiva de les famílies proteiques que contenen subunitats auxiliars de receptors AMPA (referides per les seves sigles en anglés com ARAS) en el regne animal. Per això s’han usat diverses eines bioinformàtiques, principalment la construcció d’arbres filogenètics, que ens permeten conèixer la genealogia de les diferents famílies proteiques, i aliniaments de múltiples seqüències, que permeten comparar els aminoàcids que conformen les proteïnes. Els resultats mostren com aquestes famílies són evolutivament antigues, estant dues d’elles, que anomenades Cornichon i Dispanin C, presents en l’avantpassat comú de tots els animals, i les altres dues, anomenades CACNG-GSG1 i Shisa, en l’avantpassat dels animals amb simetria bilateral (que inclouen entre molts altres insectes, annèlids, moluscs, equinoderms i vertebrats).
Els arbres filogenètics han permès predir que els membres de tres d’aquestes famílies (Cornichon, CACNG-GSG1 i Dispanin C) podrien actuar com a ARAS en organismes invertebrats. Tot i això, en els vertebrats, l’expansió del nombre de proteïnes pertanyents a la família CACNG-GSG1, així com processos de subfuncionalització (especialització funcional) de les proteïnes membre de les famílies Cornichon i Dispanin C i neofuncionalització (adquisició de noves funcions) de proteïnes de la família Shisa, haurien augmentat i diversificat el repertori d’ARAS presents en aquests organismes. Aquest fet hauria augmentat la capacitat de regulació dels receptors AMPA així com la varietat de respostes enfront la lliberació de glutamat per part de la neurona presinàptica. Això ha portat a hipotetitzar que el reclutament de diverses proteïnes a la sinapsi per actuar com a ARAS seria un pas evolutiu important per a l’increment de la complexitat del sistema nerviós dels vertebrats. Al cervell d’aquests organismes la neurotransmissió glutamatèrgica està implicada en diverses tasques cognitives, com l’aprenentatge i la formació de la memòria. La seva alteració provoca patologies com l’esquizofrènia, la discapacitat intel·lectual i està relacionada amb l’Alzheimer. Així doncs, conèixer l’evolució de les proteïnes que formen part de la sinapsi glutamatèrgica ens ajuda a entendre millor aquesta complexa estructura.
David Ramos-Vicente and Àlex Bayés. AMPA receptor auxiliary subunits emerged during early vertebrate evolution by neo/subfunctionalization of unrelated proteins. Open Biol. 2020 Oct;10(10):200234. doi: 10.1098/rsob.200234.
