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Por Dra. Fernanda Ledda, Laboratorio
de Biología Celular y Neurociencias
IBCN-CONICET-UBA, Facultad de
Medicina
Este año se publicó en la prestigiosa
revista Journal of Cell Science un
interesante artículo dirigido por el Dr.
Tomás Falzone titulado “Fast axonal
transport of the proteasome complex
depends on membrane interaction and
molecular motor function”. Este trabajo
fue llevado a cabo en el Laboratorio de
Transporte Axonal y Enfermedades Neurodegenerativas del Instituto de Biología Celular y
Neurociencias (IBCN-CONICET), Facultad de Medicina (UBA) y contó con la colaboración del Dr.
Lawrence Goldstein de la Universidad de California, San Diego y la Dra. Luciana Bruno de la Facultad
de Ciencias Exactas y Naturales (UBA). La mayor parte del trabajo experimental fue desarrollada por la
Lic. Maria G Otero, en colaboración con el Lic. Matias Alloati, el Lic. Lucas Cromberg y el Dr. Victorio M
Pozo Devoto, todos ellos becarios del CONICET.
La fascinante diversidad de las morfologías neuronales nos plantea la pregunta de cómo es regulada la
liberación de los distintos componentes celulares a los distintos compartimientos. Es sabido que las
neuronas son las células más polarizadas del organismo y es por ello que el transporte intracelular de
organelas y vesículas a lo largo del axón y dendritas juega un rol crítico en el desarrollo de las
conexiones nerviosas, permitiendo el correcto posicionamiento de proteínas y organelas a lo largo de
las mismas. Los motores moleculares como kinesina y dineína están involucrados en el transporte
axonal anterógrado y retrógrado respectivamente. Durante los últimos años la localización del sistema
ubiquitina-proteasoma ha emergido como un importante regulador de la función sináptica ya que
defectos en la degradación local mediada por el proteasoma han sido implicados en la progresión de
diferentes enfermedades neurodegenerativas. Sin embargo, poco se sabe sobre los mecanismos
intracelulares que participan y controlan la distribución del proteasoma y sus propiedades de
transporte axonal para localizarse correctamente.
Basado en estas evidencias, el Dr. Falzone se planteó el estudio de los mecanismos de transporte del
proteasoma a lo largo del axón en neuronas hipocampales. En este trabajo Falzone y colaboradores
describen, utilizando microscopía de alta resolución espacial y temporal y el diseño de un sistema de
seguimiento de partículas únicas utilizando algoritmos, la visualización de proteosomas fluorescentes
en movimiento, demostrando que el mismo se moviliza a lo largo de los axones con tres tipos de
movimientos diferentes: partículas que se mueven por transporte activo rápido, otras con movimiento
difusivo y otras con movimiento confinado. Para testear si el movimiento activo del proteasoma
dependía de la función de los motores moleculares, los autores redujeron los niveles de una de las tres
subunidades de las cadenas pesadas de kinesina-1 (KIF5B), las cuales se sabe que participan en el
movimiento de ciertas cargas, y analizaron el movimiento del proteasoma. Las neuronas hipocampales
con niveles reducidos de KIF5B exhibieron una significativa alteración en los movimientos del
proteasoma a lo largo del axón, observando una reducción en la proporción de proteasomas que se
mueven en sentido anterógrado y un aumento de la proporción de proteasomas con movimiento
retrógrado comparados con el control. El rango de velocidades detectadas para el transporte axonal
del proteasoma sugirió a los autores que este transporte rápido podría estar asociado al transporte de
organelas o vesículas que son transportadas por motores moleculares.
Para determinar si el movimiento de los proteasomas estaba asociado a membranas de organelas o
vesículas in vivo, los autores realizaron fraccionamientos a partir de homogenato de cerebro de ratón
usando gradientes de sacarosa, para identificar proteínas asociadas a distintas organelas. Un alto
porcentaje de las subunidades proteosomales se encontraron en las fracciones enriquecidas en
proteínas asociadas a membrana. Un patrón similar de fraccionamiento se observó para las distintas
subunidades, lo cual sugirió que éstas están ensambladas y asociadas con organelas o vesículas a lo
largo del axón. Para determinar a qué tipo de organelas y/o vesículas se asocia el proteasoma durante
su transporte, los autores analizaron, utilizando técnicas de marcación fluorescente y microscopía in
vivo, el movimiento de diferentes subunidades del proteasoma junto con distintos marcadores de
vesículas y organelas celulares. Sorprendentemente, encontraron que los proteasomas se movilizaban
a lo largo del axón asociados con vesículas presinápticas, vesículas derivadas del Golgi que contienen
la proteína precursora de  amiloide (APP), vesículas endolisosomales y mitocondrias. Estos resultados
indicaron que los proteasomas son transportados activamente a lo largo del axón asociados a
múltiples membranas intracelulares para poder actuar a distancia. La cuantificación de los
movimientos del proteasoma observados reveló que un 49 % de los proteasomas están asociados con
vesículas lisosomales, vesículas que contienen sinaptofisina, APP o mitocondrias, mientras que el 51%
de los proteasomas no estaría asociado con las organelas estudiadas, sugieriendo que existirían otras
organelas involucradas en el transporte de proteasomas.
Los experimentos presentados en este trabajo constituyen la primera evidencia que demuestra que
una fracción de proteasomas neuronales son transportados a lo largo del axón con un movimiento
rápido dependiente de kinesina-1 y en asociación a distintas vesículas y organelas neuronales. Los
autores proponen un nuevo mecanismo para la distribución y liberación del proteasoma a distintas
regiones neuronales, que cuando no funciona correctamente puede tener como consecuencia
distintos fenotipos, asociados a la degradación anormal de proteínas, que se observan en algunas
enfermedades neurodegenerativas.
Los resultados presentados en este trabajo tienen
proteasoma en la acumulación anormal de
neurodegenerativas. Comprender los mecanismos
proteasoma en neuronas favorecerá el desarrollo de
control del transporte axonal del proteasoma.
una gran implicancia para definir el rol del
proteínas observadas en enfermedades
que regulan el transporte polarizado del
nuevas estrategias terapéuticas basadas en el