“Estamos respondiendo preguntas fundamentales en la vida que los científicos han estado tratando de responder durante varias décadas”, señala Raunser. En las células eucariotas, las proteínas de actina son abundantes y tienden a unirse (polimerizarse) en filamentos. Estos filamentos forman la red que forma el citoesqueleto de la célula y controlan varios procesos celulares a través de la locomoción. Las células inmunes, por ejemplo, usan filamentos de actina para moverse y cazar bacterias y virus. Los investigadores ya sabían que la dinámica de los filamentos está regulada por la hidrólisis del ATP, la reacción del ATP con el agua que escinde el grupo fosfato y genera energía. Lo que queda sin respuesta, sin embargo, son los detalles moleculares precisos detrás de este proceso.

¿Demasiado flexible, demasiado grande? No para crio-EM

Debido a que los filamentos de actina son demasiado flexibles o demasiado grandes para la cristalización de rayos X y RMN, la crio-EM es la única técnica viable para obtener imágenes detalladas. En 2015, el equipo de Rauncer utilizó crio-EM para obtener imágenes de un nuevo modelo atómico 3D del filamento, con una resolución de 0,37 nanómetros. En 2018, su grupo describió los tres estados diferentes que adquieren las proteínas de actina en el filamento: unido a ATP, unido a ADP en presencia de fosfato escindido y unido a ADP tras la liberación de fosfato.

¿Cómo se mueven las moléculas de agua?

En su estudio actual, Raunser y sus colegas pudieron establecer un nuevo récord de resolución: obtuvieron los tres estados de actina a una resolución de aproximadamente 0,2 nanómetros, haciendo visibles detalles que antes eran invisibles. Los mapas 3D muestran no solo todas las cadenas laterales de aminoácidos de las proteínas, sino también Revela dónde poner cientos de moléculas de agua. Al comparar estas nuevas estructuras con las de la actina aislada, pudieron inferir cómo se mueven las moléculas de agua. Tras la polimerización, las moléculas de agua se mueven hacia la bolsa de ATP de modo que solo queda una molécula de agua frente al ATP, lista para atacar un fosfato y comenzar la hidrólisis. La precisión obtenida a través de este enfoque podría ayudar a futuras investigaciones en esta área: “Nuestro modelo de alta resolución podría impulsar a los científicos a diseñar moléculas pequeñas para la investigación de microscopía óptica en tejidos y, en última instancia, en aplicaciones terapéuticas”, dice Raunser. .

¿¡Abriste una puerta!?

Los autores también arrojan luz sobre el destino final de los fosfatos. Previamente, los científicos creían que había una puerta trasera en el bolsillo del ATP que permanece abierta después de la hidrólisis del ATP para facilitar la salida del fosfato. Sin embargo, las nuevas estructuras crio-EM no muestran rastro de puertas traseras abiertas. Por lo tanto, el mecanismo de liberación sigue siendo un misterio. “Creemos que hay una puerta, pero probablemente se abrirá momentáneamente”, comenta Raunser, quien ahora quiere usar simulaciones matemáticas y métodos de enfriamiento electromagnético de resolución temporal para ilustrar cómo salen los fosfatos. Claramente, estos emocionantes descubrimientos han abierto la puerta para que los científicos profundicen más con la esperanza de descubrir más detalles detrás de los procesos por los cuales los filamentos de actina contribuyen al movimiento celular.