MODIFICACIONES POSTTRADUCCIONALES DE TUBULINA

Las tubulinas α y β son codificadas por múltiples genes, de los cuales, sólo unos pocos son expresados en cerebro, cambiando su nivel de expresión a lo largo del desarrollo. Es el caso de α4A, β3, β4-tubulina que aumentan su expresión durante el desarrollo cerebral postnatal. Esta gran variabilidad en los subtipos de tubulinas y su composición molecular sugiere la existencia de un código de tubulinas, responsables de la

versatilidad funcional de diferentes estructuras de MT (cilios, uso mitótico…) (Verhey and Gaertig, 2007).

Por otro lado, las regiones C-terminal de α/β-tubulina descansan en la superficie del microtúbulo y son aceptoras de modificaciones posttraduccionales (PTM, post-traductional modifications) como tirosinación, detirosinación, modificación Δ2, poliglicilación, poliglutamilación, fosforilación y palmitoilación. La acetilación es la única PTM que no se produce en la región C-terminal. Estas modificaciones están involucradas en la unión de proteínas, y se distribuyen según patrones diferenciales a lo largo de dendritas, axones y orgánulos microtubulares, (Hammond et al., 2008; Fukushima et al., 2009; Janke and Kneussel, 2010) (fig. I9).

INT RO DUC CIÓ N 4.4.1 Tirosinación/detirosinación/ modificación Δ2

La gran mayoría de α-tubulinas contienen un residuo tirosina en el extremo C-terminal, inmediatamente después de la traducción. Tyr-T (Tyrosinated Tubulin, tubulina tirosinada) forma heterodímeros con β-tubulina

y es ensamblada en los MT (Gundersen et al., 1987). Al cabo del tiempo es detirosinada en los MT dando

lugar a deTyr-T (detyrosinated tubulin, tubulina detirosinada), que expone un ácido glutámico en la región C-terminal, por lo que a menudo se refieren a ella como Glu-tubulina o Glu-T. DeTyr-T está presente en MT estables de larga vida media, mientras que Tyr-T aparece en MT de formación reciente. Δ2-tubulina se limita

a MT muy estables que se encuentran en una etapa final de diferenciación funcional (Paturle-Lafanechere et

al., 1994). En neuronas, la tubulina tirosinada está principalmente localizada en la región distal del axón y

en conos de crecimiento, mientras que la tubulina detirosinada se concentra en el eje más proximal axonal. Dada la localización diferencial de ambas tubulinas, es probable que cada modificación pueda jugar un papel distinto en la función de MT. A pesar de que los polímeros de MT no son estabilizados por detirosinación de tubulina per se (Khawaja et al., 1988), son menos susceptibles a la despolimerización por kinesina 13, la cual,

unida a MT puede incrementar la tasa de catástrofe en un proceso ATP-dependiente (Peris et al., 2009).

4.4.2 Poliglicilación y poliglutamilación

La generación enzimática de fracciones de glicina o glutamato en la región C-terminal de α/β-tubulina da lugar a dos nuevas PTM: poliglicilación y poliglutamilación. Ambas aparecen en cilios y flagelos de células mamarias, mientras que la poliglutamilación es una modificación que puede encontrarse además en la

mayoría de MT neuronales (Janke and Kneussel, 2010).

4.4.3 Acetilación

La acetilación es otra modificación que, a diferencia de las anteriores, se establece en la lisina 40 de la α-tubulina, preservada en todas sus isoformas. Esta lisina aparece localizada en el interior o lumen del polímero del microtúbulo (Nogales et al., 1998), mientras que la mayoría, aunque no todas, de las interacciones entre MT y proteínas se establecen en la superficie del cilindro microtubular. En neuronas la Ac-α-T (Acetylated tubulin, tubulina acetilada) está enriquecida en la región proximal del axón y está presente en menor cantidad

en soma y conos de crecimiento (Baas and Black, 1990; Brown et al., 1993). Un estudio cuantitativo realizado

por el grupo del Dr. Bradke demostró que la relación Ac-α-T versus Tyr-T era mayor en la neurita que se

define posteriormente como axón comparado con el resto de neuritas (Witte et al., 2008), postulando así

que la estabilidad de MT es un factor clave para la especificación axonal. Por otro lado, aunque la acetilación aparece en MT estables y de larga vida media, sigue siendo un gran foco de debate si la acetilación per se es responsable de conferir mayor estabilización a los MT (Maruta et al., 1986; Piperno et al., 1987; Schulze et

al., 1987; Palazzo et al., 2003; Hammond et al., 2010). Aunque finalmente se acepta que la acetilación por sí

sola no confiere una mayor estabilidad al polímero del MT, se ha propuesto que la acetilación de α-tubulina, en asociación con otras modificaciones, podría regular la dinámica de unión de proteínas como MAPs o motores moleculares (Maruta et al., 1986; Palazzo et al., 2003; Perdiz et al., 2011). Se han sugerido diversos mecanismos, como por ejemplo algún cambio conformacional del dímero de tubulina, o la existencia de puntos calientes a lo largo de la estructura del microtúbulo para permitir el paso de proteínas entre el compartimiento interior del MT y el citoplasma circundante (Perdiz et al., 2011).

INT

RO

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CIÓ

N

Hasta hace unos años no se han identificado algunas de las enzimas responsables de la acetilación de α-tubulina, lo que explica el estudio preferente de enzimas deacetilasas en la mayoría de estudios funcionales

publicados hasta la fecha. Entre ellas, podemos destacar αTAT1 (Shida et al., 2010), MEC17 (Akella et al.,

2010) o los complejos Elongator (Creppe et al., 2009) y ARD1-NAT1 (Ohkawa et al., 2008), que parecen estar

implicados no sólo en acetilación, sino en funciones relacionadas con migración y ramificación neuronal. HDAC6 (histona deacetilasa 6) y SIRT2 (sirtuina 2) son las dos enzimas encargadas de la eliminación del grupo acetilo de la α-tubulina (Hubbert et al., 2002; North et al., 2003) y por lo tanto, de su deacetilación. Ambas muestran una localización citoplasmática, colocalizan con MT y su inhibición farmacológica o la reducción de su expresión aumentan los niveles de Ac-α-T en células. Sin embargo, mientras que HDAC6 se expresa en la mayoría de las neuronas y es abundante en cerebelo, SIRT2 se encuentra en oligodendrocitos y en vainas de mielina (Southwood et al., 2007).