Arc es un gen que codifica para una proteína asociada al citoesqueleto regulada por actividad (Activity-Regulated Cytoskeleton-associated protein). También conocido como Arg3.1, Arc forma parte de la familia de genes de expresión inmediata-temprana.El gen de Arc se localiza en el cromosoma 15 del ratón, en el cromosoma 7 de la rata y en el cromosoma 8 del humano. Su secuencia está conservada en diferentes especies de vertebrados. Este gen presenta secuencias de unión a factores de transcripción como el elemento de respuesta al suero (por sus siglas en inglés SRE), aguas arriba del sitio de inicio del gen a ~1.5kb, ~6.5kb y en el elemento de respuesta a la actividad sináptica (por sus siglas en inglés SARE) que se encuentra a ~7kb, donde también se encuentra el factor potenciador de miocitos 2 (MEF2) y un elemento de unión a proteína en respuesta a AMP cíclico.
Científicos de los Institutos Gladstone de California (Estados Unidos) han descifrado cómo una proteína llamada Arc interviene en la formación de recuerdos duraderos. El hallazgo se publica en la revista Nature Neuroscience. Estudios previos habían revelado que Arc estaba implicada en lamemoria a largo plazo, dado que cuando a un ratón le faltaba la proteína era capaz de aprender nuevas tareas pero no las recordaba al día siguiente.
El nuevo trabajo, dirigido por el investigador Steve Finkbeiner, profesor de Neurología y Fisiología en la Universidad de California, ha profundizado en el funcionamiento interno de las sinapsis, es decir, las uniones altamente especializadas que procesan y transmiten información entre las neuronas. La mayoría de las sinapsis de nuestro cerebro no se crean durante el desarrollo temprano del cerebro, sino pueden formarse, romperse y fortalecerse a lo largo de nuestra vida. Las sinapsis que son más activas se hacen más fuertes, un proceso que es esencial para almacenar nuevos recuerdos.
En experimentos de laboratorio, primero en modelos animales y a continuación en placas de Petri, los científicos hicieron un seguimiento de los movimientos de Arc y descubrieron que cuando las neuronas individuales son estimuladas durante el aprendizaje, Arc comienza a acumularse en las sinapsis, pero que inmediatamente después se traslada al núcleo de la neurona. "Una mirada más cercana reveló tres regiones dentro de la proteína Arc que dirigen sus movimientos: una exporta Arc de un núcleo, otra lo transporta al núcleo y una tercera lo mantiene allí", explica Erica Korb, coautora del estudio. Que este sistema sea tan complejo y esté estrechamente regulado pone en evidencia que el proceso es biológicamente importante.
El nuevo trabajo, dirigido por el investigador Steve Finkbeiner, profesor de Neurología y Fisiología en la Universidad de California, ha profundizado en el funcionamiento interno de las sinapsis, es decir, las uniones altamente especializadas que procesan y transmiten información entre las neuronas. La mayoría de las sinapsis de nuestro cerebro no se crean durante el desarrollo temprano del cerebro, sino pueden formarse, romperse y fortalecerse a lo largo de nuestra vida. Las sinapsis que son más activas se hacen más fuertes, un proceso que es esencial para almacenar nuevos recuerdos.
En experimentos de laboratorio, primero en modelos animales y a continuación en placas de Petri, los científicos hicieron un seguimiento de los movimientos de Arc y descubrieron que cuando las neuronas individuales son estimuladas durante el aprendizaje, Arc comienza a acumularse en las sinapsis, pero que inmediatamente después se traslada al núcleo de la neurona. "Una mirada más cercana reveló tres regiones dentro de la proteína Arc que dirigen sus movimientos: una exporta Arc de un núcleo, otra lo transporta al núcleo y una tercera lo mantiene allí", explica Erica Korb, coautora del estudio. Que este sistema sea tan complejo y esté estrechamente regulado pone en evidencia que el proceso es biológicamente importante.
De hecho, los experimentos del equipo revelaron que Arc actuó como un regulador maestro de todo el proceso de escalado homeostático, es decir, el mecanismo que permite a las neuronas individuales fortalecer las nuevas conexiones sinápticas que han permitido formar recuerdos al mismo tiempo que protege a las neuronas de demasiada excitación (que podría provocar ataques epilépticos). Durante la formación de la memoria, ciertos genes deben activarse y desactivarse en ocasiones muy específicas con el fin de generar las proteínas que ayudan a las neuronas a establecer nuevos recuerdos. Desde el interior del núcleo, los autores encontraron que es Arc quien dirige este proceso y permite que el aprendizaje se traduzca en memoria a largo plazo.
Los científicos descubrieron recientemente que Arc está agotado en el hipocampo o centro cerebral de la memoria en enfermos de alzhéimer. Disfunciones en la producción y el transporte de Arc también puede ser un elemento importante en el autismo.
Los científicos descubrieron recientemente que Arc está agotado en el hipocampo o centro cerebral de la memoria en enfermos de alzhéimer. Disfunciones en la producción y el transporte de Arc también puede ser un elemento importante en el autismo.
La revista “Nature Neuroscience” ha publicado una serie de resultados sobre el estudio -dirigido por el investigador Steve Finkbeiner- de un grupo de científicos de los InstitutosGladstone, en San Francisco, California (Estados Unidos). Éstos han descifrado cómo unaproteína llamadaArc regula la actividad de las neuronas, lo que proporciona pistas muy necesarias en la capacidad del cerebro para formar recuerdos duraderos.
El estudio se adentró profundamente en el funcionamiento interno de las sinapsis, las uniones altamente especializadas que procesan y transmiten información entre las neuronas. La mayoría de las sinapsis de nuestro cerebro no se forman durante el desarrollo temprano delcerebro, sino pueden formarse, romperse y fortalecerse a lo largo de nuestra vida. Lassinapsis que son más activos se hacen más fuertes, un proceso que es esencial para laformación de nuevos recuerdos, pero que también es peligroso, ya que puedesobreestimular las neuronas y provocar ataques epilépticos.
Arp 2/3 (acrónimo inglés para Actin-Related Proteins, es decir, proteínas relacionadas con la actina) es una proteína celular implicada en el control de la disposición de la actina en el citoesqueleto de las células. Es de vital importancia en la fisiología celular y se encuentra ampliamente difundida por todo el dominio de los eucariotas.2 Compuesta por siete subunidades, algunas de ellas poseen una topologíaclaramente relacionada con su función biológica: dos de sus subunidades, denominadas «ARP2» y «ARP3» , poseen una estructura muy semejante a la de los monómeros de actina. Dicha homología permite a ambas unidades comportarse como agentes nucleantes de la polimerización de los monómeros de actina G (actina libre o no polimerizada) a actina F (aquella que se halla en los microfilamentos), una de las funciones del complejo Arp 2/3. Además, este complejo es necesario para establecer estructuras dendríticas complejas de actina F.- ..................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=bdc654b8bf1088ca922780c94b4d6ff09db7a7d1&writer=rdf2latex&return_to=Arp2%2F3
Antecedentes: Arp2 / 3 y la motilidad basado en actina
El / 3 complejo Arp2 construye redes de actina reticuladas que impulsan el movimiento celular, por lo que es posible que las células inmunes para atrapar bacterias, o neuronas migran y el alambre hasta el lugar correcto en el cerebro. Arp2 / 3 construye estas redes mediante la unión a los lados de los filamentos de actina y nuclea crecimiento de nuevos filamentos existente de sus lados, lo que resulta en una disposición de filamentos dendríticas.
Para entender cómo Arp2 / 3 nuclea filamentos, nos centramos en las subunidades Arp2 y Arp3 del complejo proteína-7 subunidad. Estos Arps (actina proteínas relacionadas) tienen una estructura muy similar a la actina, incluyendo el bolsillo de unión del ATP, por lo que miró para ver si ellos vinculados y se hidroliza ATP.
De unión de ATP por Arp2 / 3
Se midió la cinética de unión de Arp2 / 3 de la ATP, y encontramos que tanto Arp2 y Arp3 ATP se unen, pero que la afinidad mucho más débil que la actina se une ATP. Esto nos permitió utilizar una cinética actina truco de carga con ATP, pero manteniendo la concentración de ATP muy bajo, entonces la mezcla con una gran cantidad de ADP, (o AMP-PNP, un análogo no hidrolizable de ATP) justo antes de comenzar un experimento de nucleación . De esta manera, podríamos ver si el cambio de nucleótido en Arp2 / 3 cambia su capacidad para nuclear, manteniendo ATP de actina. Hemos encontrado que Arp2 / 3 necesidades ATP (y no ADP o AMP-PNP) para nuclear nuevos filamentos, lo que sugiere que podría ser hidrolizado durante la nucleación.
Buscando la hidrólisis de ATP en Arp2 / 3 es difícil, porque cuando se activa Arp2 / 3 nuclea la polimerización de actina y actina sí hidroliza ATP cuando se polimeriza. El reto consiste en medir la hidrólisis de ATP en minutos (nM) concentraciones de Arp2 / 3 compleja en una solución que contiene grandes concentraciones (UM) de actina hidrolizante de ATP.
La hidrólisis de ATP por Arp2 / 3
El truco que utilizamos para medir la hidrólisis de ATP en Arp2 / 3 era reemplazar ATP normal con una versión radiomarcado ( 32 P en el Ɣ-fosfato), y reticular esta forma covalente a las subunidades Arp2 y Arp3 del complejo. Nos lavó de modo que la única 32P en la reacción estaba en la Arp2 / 3, por lo que podríamos continuación, ejecute las muestras en un gel para separar las proteínas, y buscar la pérdida del 32 P etiquetado con el tiempo (que indica la escisión de la Ɣ-fosfato y la hidrólisis de ATP). Porque la única 32 P-ATP en la reacción está unido físicamente al / 3 complejo Arp2, nosotros no tenemos que preocuparnos por la hidrólisis de ATP por actina confundiendo el experimento. Cuando llevamos a cabo una reacción de nucleación con este Arp2 etiquetada / 3, encontramos que Arp2 hidroliza rápidamente ATP cuando Arp2 / 3 nuclea nuevos filamentos, y no vimos ninguna hidrólisis de ATP en Arp3.
Investigando el Mecanismo de Filamento nucleación
El hecho de que la hidrólisis de ATP se produce rápidamente en Arp2 sobre la nucleación significa que podía utilizar la hidrólisis ATP como una sonda para la activación del complejo Arp2 / 3. Estos son los componentes de la reacción de nucleación:
Los componentes de la / 3 filamentos reacción nucleación Arp2
Ponemos todos los factores necesarios para nuclear filamentos de actina (actina monomérica, filamentos de actina, y un factor de nucleación (AVC)) en varias combinaciones para ver si activan la hidrólisis de ATP en Arp2 (usando latrunculina A y faloidina para mantener los monómeros monómero y los polímeros de despolimerización) Esto es lo que encontramos.:
- La primera línea es la polimerización reacción normal nada sorprendente allí.
- La segunda línea muestra que sin monómeros de actina, no hay hidrólisis de ATP en Arp2.
- La tercera línea muestra que la adición de monómeros de actina no desencadenan la hidrólisis de ATP en Arp2 incluso cuando los monómeros se les impide la polimerización por latrunculina A-es decir, un monómero es todo lo que se requiere para activar Arp2 para hidrolizar ATP (en presencia de los otros componentes), que no necesitan polimerización.
- La cuarta línea es particularmente interesante. Aquí tomamos Arp2 / 3, mezclamos con filamentos luego esquiladas los filamentos para romperlos. Arp2 / 3 y luego se une a los extremos de los filamentos (tapado), al igual que se adjunta al final del nuevo filamento que nuclea cuando forma ramas. Esta nivelación también desencadena Arp2 para hidrolizar ATP, pero sin los otros componentes (el filamento madre y VCA)!
Esto se explica con más detalle en el papel, pero la conclusión es que explica cómo Arp2 / 3 está funcionando, lo que implica que Arp2 se está comportando como un monómero de actina hace en un filamento.
Cómo pensamos Arp2 / 3 nuclea nuevos filamentos de actina
Cuando se polimerizan monómeros de actina para hacer un filamento, la conformación de la proteína de los cambios de monómero y hace que se hidrolizan ATP. He aquí un modelo que muestra esto, con el cambio conformacional mostrado por los pequeños palancas rojas que se extienden fuera de contacto con el núcleo del filamento (actina muestra en blanco):
Modelo de cómo un cambio conformacional en la actina dentro de un filamento provoca la hidrólisis de ATP
La idea es que Arp2 es hacer la misma cosa, pero que la Arp2 se pone en una conformación de filamento como por el montaje de un núcleo (Arp2-Arp3-monómero).La evidencia más clara de esto es el gatillo de la hidrólisis de ATP por la limitación, que crea directamente la disposición Arp2-Arp3-monómero (actina se muestra en blanco, Arp2 en azul, Arp3 en rosa):
Modelo de cómo Arp2 / 3 muelles sobre el extremo puntiagudo de un filamento de actina, poniendo Arp2 y Arp3 en una conformación de filamento similar y que desencadenan la hidrólisis de ATP en Arp2
Y el resultado latrunculina (que cuando los filamentos y VCA están presentes, sólo tiene un monómero) implica que cuando la nucleación es provocada por la formación de este núcleo Arp2-Arp3-monómero, con VCA con lo que en el monómero.
Poniendo esto junto nos da el modelo para la nucleación de filamentos (actina se muestra en blanco, Arp2 en azul, Arp3 en rosa):
Modelo de cómo Arp2 / 3 filamentos de actina nuclea: VCA trae un monómero de actina al complejo Arp2 / 3, la creación de un núcleo Arp2-Arp3-actina y provocando la hidrólisis de ATP en Arp2. Actina polimeriza de este núcleo para formar el filamento hija.
Función de hidrólisis de ATP
Utilizamos la hidrólisis de ATP para investigar el mecanismo de nucleación, y no abordó directamente la función de sí la hidrólisis de ATP. Puede ser, como actina, involucrado con eventos de desmontaje posteriores (para la actina esto es determinado realmente por fosfato (Pi) de liberación, que está aguas abajo de, y se produce mucho más tarde thanm la hidrólisis de ATP).
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