Los Dres. David Ramos-Vicente y Alex Bayés, investigadores del Grupo de investigación Fisiología Molecular de la Sinapsis del Instituto de Investigación de Sant Pau-IIB Sant Pau han publicado recientemente el artículo «AMPA receptor auxiliary subunidad emerged during early vertebrate evolution by neo / subfunctionalization of unrelated proteins «en la revista científica Open Biology que publica la Royal Society.
Las sinapsis son las estructuras especializadas mediante las cuales se comunican las neuronas, usando unas moléculas concretas, los neurotransmisores. El aminoácido glutamato es el principal neurotransmisor excitatorio del sistema nervioso de los animales. Cuando una neurona, la neurona presináptica, se activa, transmite esta señal liberando glutamato en el espacio sináptico donde actuará sobre los receptores presentes en la membrana de otra neurona, llamada postsináptica.
Los receptores ionotrópicos de glutamato (iGluR) son canales iónicos que se abren cuando se une este aminoácido, mediando así la transmisión rápida de la señal. Los iGluR a las sinapsis se encuentran acompañados por varias proteínas (subunidades) auxiliares, que modifican y regulan su actividad. En concreto, los iGluR de tipo AMPA tienen hasta 14 subunidades auxiliares diferentes que se combinan de diversas maneras para acompañar y regular estos receptores, formando lo que llamamos el complejo AMPA. Estas subunidades auxiliares pertenecen a varias familias proteicas, que son grupos de proteínas con un origen evolutivo común y estructuralmente relacionadas. Aunque el complejo AMPA es bien conocido en mamíferos, poco sabemos sobre su origen y evolución.
El Estudio tiene como objetivo establecer la historia evolutiva de las familias proteicas que contienen subunidades auxiliares de receptores AMPA (referidas por sus siglas en inglés como ARAS) en el reino animal. Para ello se han usado varias herramientas bioinformáticas, principalmente la construcción de árboles filogenéticos, que nos permiten conocer la genealogía de las diferentes familias proteicas, y aliniamientos de múltiples secuencias, que permiten comparar los aminoácidos que conforman las proteínas. Los resultados muestran cómo estas familias son evolutivamente antiguas, siendo dos de ellas, que llamadas Cornichon y Dispanin C, presentes en el antepasado común de todos los animales, y las otras dos, llamadas CACNG-GSG1 y shiso, en el antepasado los animales con simetría bilateral (que incluyen entre otros muchos insectos, Annelida, moluscos, equinodermos y vertebrados).
Los árboles filogenéticos han permitido predecir que los miembros de tres de estas familias (Cornichon, CACNG-GSG1 y Dispanin C) podrían actuar como ARAS en organismos invertebrados. Sin embargo, en los vertebrados, la expansión del número de proteínas pertenecientes a la familia CACNG-GSG1, así como procesos de subfuncionalització (especialización funcional) de las proteínas miembro de las familias Cornichon y Dispanin C y neofuncionalització (adquisición de nuevas funciones ) de proteínas de la familia shiso, habrían aumentado y diversificado el repertorio de ARAS presentes en estos organismos. Este hecho habría aumentado la capacidad de regulación de los receptores AMPA así como la variedad de respuestas frente la liberación de glutamato por parte de la neurona presináptica. Esto ha llevado a hipotetizar que el reclutamiento de varias proteínas en la sinapsis para actuar como ARAS sería un paso evolutivo importante para el incremento de la complejidad del sistema nervioso de los vertebrados. En el cerebro de estos organismos la neurotransmisión glutamatérgica está implicada en varias tareas cognitivas, como el aprendizaje y la formación de la memoria. Su alteración provoca patologías como la esquizofrenia, la discapacidad intelectual y está relacionada con el Alzheimer. Así pues, conocer la evolución de las proteínas que forman parte de la sinapsis glutamatérgica nos ayuda a entender mejor esta compleja 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.
