Las espectrinas son una familia de proteínas fibrilares estructurales, que se encuentr
an en todas las células de los metazoarios. Está conformada por cadenas de subunidades alfa α y beta β.
Su principal función es el mantenimiento de la integridad de la membrana plasmática y la estructura del citoesqueleto, la mediación de la transducción de señales, y plataforma para canales de membrana, receptores y transportadores.
Las mutaciones en algunas espectrinas causan anemia hemolítica y otras causan encefalopatía epiléptica.
Historia
En 1968 Marchesi y Steers describieron por primera vez una espectrina en los glóbulos rojos. Algunas formas de espectrina presentes en neuronas, no se identificaron hasta décadas después.
Su nombre deriva de las palabras francesa y latina para fantasma y aparición (spectre y spectrum), ya que se aisló originalmente de las membranas plasmáticas de los fantasmas de eritrocitos.
Se identificaron como proteínas del citoesqueleto que confieren elasticidad a los eritrocitos, permitiéndoles soportar las fuerzas de cizallamiento experimentadas en el sistema circulatorio.
Si introducimos glóbulos rojos en un medio hipotónico éstos absorben agua y estallan (lisis). Al lisarse, la hemoglobina sale al exterior del glóbulo rojo, quedando la membrana. Después de un tratamiento con un detergente suave para liberar la hemoglobina y otros componentes citoplasmáticos persiste el "fantasma de eritrocitos" (spectre). Una de las proteínas del fantasma es la espectrina, y de ahí le viene el nombre.
Características
Disposición macro-molecular de Espectrina
La espectrina es una proteína periférica de membrana fibrilar, larga, fina, con forma de bastón, con unión a la membrana plasmática relativamente débil.
La espectrina se encuentra en la cara citoplasmática de la membrana y supone el 25% de las proteínas periféricas del eritrocito. Cada hematíe contiene unas 250mil (250000) copias de espectrina.
Los vertebrados tienen dos subunidades alfa (α): la espectrina αI y la espectrina αII, y cinco subunidades beta (β).
El dominio proteico característico de espectrina, es un extenso subdominio central con numerosas repeticiones superpuestas (spectrin repeat o SR) de 106 a 122aminoácidos compuesto por tres hélices alfa.
Espectrinas alfa
La espectrina αI se expresa en los eritrocitos. En otras células, incluidas las neuronas, la espectrina αII es la única subunidad alfa α.
Espectrinas beta
Las diferentes espectrinas β se encuentran en todas las células, pero suelen estar restringidas en diferentes dominios subcelulares, y algunas subunidades β son más abundantes en tipos celulares específicos.
La espectrina βI se concentra en las capas 2 y 4 de la corteza cerebral, las células granulares del cerebelo y en el soma de las células de Purkinje. La βII se expresa en neuronas y glía. La βIII se encuentra en el soma y las dendritas de la capa molecular cerebelosa. La βIV se concentra en los segmentos iniciales del axón y los nódulos de Ranvier.
La espectrina βV se expresa principalmente en la célula pilosa y el fotorreceptor.
La espectrina se encuentra como una doble cadena (dímero), formada por dos cadenas peptídicas diferentes (heterodímero) que se envuelven una sobre la otra, donde la cadena alfa α es ligeramente más pesada y grande que la cadena betaβ. Dos heterodímeros se asocian para formar un tetrámero.
β-spectrin= espectrina beta en rojo. α-spectrin= espectrina alfa en gris. N= extremo amino beta. C= extremo carboxilo beta.
El elemento estructural central de las espectrinas es una unidad helicoidal repetitiva, denominada repetición de espectrina (SR). Normalmente, se pueden encontrar 20 repeticiones completas en la α-espectrina, mientras que las β-espectrinas contienen 16 (o 29 en el caso de las isoformas β-pesadas).
La espectrina α y la espectrina β interactúan de extremo a extremo para formar un heterodímero. Dos heterodímeros se asocian de manera antiparalela (α-β β-α) para formar un tetrámero, de la interacción del extremo amino (N) de la subunidad α, con el extremo carboxilo (C) de la subunidad β. El tetrámero de la espectrina es la unidad funcional en el citoesqueleto.
Las subunidades de espectrina se componen principalmente de repeticiones de espectrina alfa y beta, que forman una triple hélice superenrollada.
Genética
Los invertebrados poseen un repertorio reducido de genes de espectrina. Los genomas de Caenorhabditis elegans y Drosophila melanogaster incluyen un único gen que codifica una espectrina-α y dos genes que codifican la espectrina-β convencional y una β-pesada.
En el genoma de los mamíferos están presentes cuatro genes β convencionales, SPTB, SPTBN1, SPTBN2, SPTBN4, que codifican las espectrinas βI–βIV y un gen SPTBN5 codifica una gran espectrina βV (β-pesada).
La espectrina exhibe estructuras periódicas que alternan con las de la actina y la aducina, y la distancia entre anillos adyacentes de actina-aducina fue comparable a la longitud de un tetrámero de espectrina. Los canales de sodio en los axones se distribuyen en un patrón periódico coordinado con el citoesqueleto subyacente basado en actina-espectrina.
La actina forma estructuras anulares que envuelven la circunferencia de los axones y se espacian uniformemente a lo largo de los ejes axónicos con una periodicidad de ~180–190nanómetros nm. Esta estructura periódica no se observa en las dendritas, que contienen filamentos largos de actina.
Función
La espectrina regula diversos procesos celulares, como la apoptosis, la adhesión celular, la proliferación celular y el ciclo celular.
Las subunidades de espectrina se componen principalmente de repeticiones de espectrina, que forman una superenrollado de triple hélice, que funciona como un resorte para permitir que los tetrámeros de espectrina se expandan y contraigan.
La función que tiene la espectrina es la de dar la forma de disco bicóncavo al eritrocito, constituyendo su citoesqueleto. Debido a su forma, el eritrocito es muy elástico y puede adaptarse para pasar por capilares incluso de diámetros inferiores a él.
El citoesqueleto basado en espectrina es esencial para proteger a los axones de la tensiones mecánicas como son la flexión, el estiramiento y la torsión.
Espectrina funciona como interfaz para la mediación de la transducción de señales y diversos datos sobre la interacción de la espectrina con canales de membrana, moléculas de adhesión , receptores y transportadores.
Patología por espectrinas
Si la espectrina es defectuosa se producen alteraciones generales; la severidad dependerá del grado de defecto.
Las mutaciones en la espectrina αI o βI causan anemia hemolítica grave debido a las mutaciones en la espectrina αI o βI causan anemia hemolítica grave debido a la debilidad y fragilidad de las membranas de los glóbulos rojos.
debilidad y fragilidad de las membranas de los glóbulos rojos.
Las mutaciones de espectrina αII causan encefalopatía epiléptica y Encefalopatía epiléptica y del desarrollo tipo 5, caracterizada por retraso mental profundo, paraplejía espástica y epilepsia.
La pérdida de espectrina-β en las neuronas, provoca un crecimiento axonal anormal. En los músculos, la pérdida de espectrina-β provoca la desorganización de la red de miofilamentos.
12Pinto, Wagner de Jesus; de Marialva, José Eduardo; Guida Cardoso, S.M.; Arcanjo Areas, Miguel (2013). «Topologia das principais proteínas da membrana e do citoesqueleto eritrocitário». Rev. Ciênc. Méd. Biol.(PDF|formato= requiere |url= (ayuda)) (REVISIÓN) (en portugués) (Salvador) 12 (1): 106-120. doi:10.9771/cmbio.v12i1.6422.
