Las reflectinas son una familia de proteínas intrínsecamente desordenadas desarrolladas por un cierto número de cefalópodos, incluidos Euprymna scolopes y Doryteuthis opalescens, para producir camuflaje y señalización iridiscentes . La familia de proteínas recientemente identificada está enriquecida en aminoácidos aromáticos y que contienen azufre , y ciertos cefalópodos la utilizan para refractar la luz incidente en su entorno. [1]La proteína reflectina es responsable de la pigmentación dinámica y la iridiscencia en los organismos. Este proceso es "dinámico" debido a sus propiedades reversibles, lo que permite que la reflectina cambie la apariencia de un organismo en respuesta a factores externos como la necesidad de camuflarse o enviar señales de advertencia.
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Las proteínas reflectinas probablemente se distribuyen en la capa externa de células llamadas "células de la vaina" que rodean las células pigmentarias de un organismo, también conocidas como cromatocitos. [2] Secuencias específicas de cefalópodos reflectivos para comunicarse y camuflarse ajustando el color y la reflectividad. [3]
Origen
Se presume que la reflectina se originó a partir de un tipo de transposón (apodado genes saltarines ), que es una secuencia de ADN que puede cambiar de posición dentro del material genético al codificar una enzima . La enzima codificada separa el transposón de una ubicación en un genoma y lo liga (une) a otro. Los "saltos" de transposón pueden crear o revertir mutaciones que alteran la identidad genética de una célula, lo que puede resultar en nuevas características. Este proceso puede considerarse como un mecanismo de "cortar y pegar". La capacidad de los transposones para adaptarse en un genoma y cambiar rápidamente su identidad es una propiedad que se asemeja mucho al comportamiento de la reflectina.
Un ancestro adicional podría ser Vibrio fischeri simbiótico (también llamado Aliivibrio fischeri) que es una bacteria bioluminiscente (produce y emite luz) que a menudo se encuentra en relaciones simbióticas. Como la reflectina y Vibrio fischeri comparten funciones similares, como producir una apariencia iridiscente en los organismos, también se cree que, al igual que Vibrio fischeri, la reflectina es simbiótica y los cefalópodos la utilizan para interactuar con su entorno. [4] [5]
Estructura
La reflectina es una proteína desordenada formada por secuencias de aminoácidos conservadas. Cada secuencia incluye una combinación de aminoácidos estándar y que contienen azufre. Aunque se puede deducir la estructura básica, aún no se ha determinado la estructura molecular exacta. Las propiedades de interacción de la luz de la reflectina se pueden atribuir a su estructura jerárquica ordenada y enlaces de hidrógeno . [6] [7] [8]
Reflectin en membranas
La reflectina constituye la mayoría de los reflectores de Bragg que están formados por invaginaciones de la membrana celular. Los reflectores de Bragg son responsables de reflejar el color en un tipo de célula de la piel llamada iridocito . Los reflectores se componen de laminillas apiladas periódicamente que son capas delgadas de tejido unidas a una membrana. El color y el brillo de la luz reflejada por muchas especies está determinado por el grosor, el espaciado y el índice de refracción (qué tan rápido puede viajar la luz a través de la membrana) de las laminillas de Bragg. [9] Un cambio en el grosor de la membrana desencadena una salida de agua de las laminillas de Bragg, esencialmente deshidratándola, aumentando su índice de refracción y disminuyendo el grosor y el espaciamiento. Esto da como resultado un aumento de la reflectancia de las laminillas de Bragg y un cambio de color de la luz reflejada. Este cambio también permite que las celdas inicialmente transparentes aumenten su brillo [8]
Mecanismos
Reflectin puede recibir información de señales para un proceso continuo para ajustar la presión osmótica de las estructuras subcelulares de los ceflapodos. Este proceso continuo se utiliza para regular el comportamiento fotónico , o en otras palabras, controlar cómo un organismo cambia de color. Los componentes de la reflectina tienen una carga positiva muy fuerte. Las señales nerviosas se envían a las células iridóforos (también llamadas cromatóforos) que son células que contienen pigmentos que agregan una carga negativa a la reflectina. Con las cargas equilibradas, la proteína se pliega para exponer una superficie pegajosa, lo que hace que las moléculas reflectantes se agrupen. Este proceso se repite hasta que se han acumulado suficientes proteínas reflectinas para cambiar la presión del fluido de la membrana de las paredes celulares. El grosor de la membrana se reduce a medida que se escapa el agua, un proceso que cambia la longitud de onda de la luz reflejada. [2] Al adaptar la membrana de un organismo para reflejar diferentes longitudes de onda, la reflexión permite a los cefalápodos cambiar de diferentes colores de rojo, amarillo, verde y azul, así como ajustar el brillo del color proyectado. [10] [11] [12] [13]
La investigación actual
- Los equipos de investigación del ICB ( Instituto de Biotecnologías Colaborativas ) descubrieron que el ensamblaje de reflectina se puede ajustar eléctricamente, lo que sugiere un nuevo enfoque para controlar las máquinas de proteínas similar a la reflectina [14] Manipulación biótico-abiótica mediante el ensamblaje de reflectina de ajuste fino eléctrico
- Los investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara (UCSB) pueden tener implicaciones para la ingeniería molecular basadas en mecanismos similares a las transformaciones controladas por la reflectina. Los descubrimientos sobre la reflectina pueden incluso señalar el camino hacia los tratamientos para la enfermedad de Alzheimer. Los procesos utilizados por la reflectina son similares a los que se observan cuando las proteínas se ensamblan en el cerebro durante el progreso de enfermedades relacionadas con las proteínas como el Alzheimer y el Parkinson. Comprender cómo se puede revertir la patología que daña el cerebro .
- Los investigadores creen que los mecanismos reversibles utilizados por la proteína reflectina pueden replicarse para desarrollar células y tejidos humanos vivos dinámicos. Estos hallazgos podrían aplicarse al desarrollo de herramientas biofotónicas utilizadas en ciencia de materiales y bioingeniería [15] Ingeniería óptica de células humanas
- Basándose en la función de la reflectina para camuflar los cefalópodos, los investigadores creen que es posible crear un material utilizado para el crecimiento de células progenitoras y neuronales humanas. [16] Uso de la reflectina como material para el crecimiento de células madre neurales
Uso en bioingeniería
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Las reflectinas se han expresado heterólogamente en células de mamíferos para cambiar su índice de refracción . [17]
Referencias
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Otras lecturas
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