miniatura|Representació del complex regulador de nexina-dineïna (N-DRC). Imatge adaptada de Heuser et al. |262x262pxEl complex regulador de nexina-dineïna (N-DRC) està format per enllaços de nexina (una connexió entre els doblets de microtúbuls adjacents) i pel complex regulador de dineïna (DRC). En un principi, el complex DRC i els enllaços de nexina van ser identificats com a dues estructures independents amb funcions diferents: per una banda la regulació de l'activitat motora de la dineïna i, per altra banda, la limitació del lliscament dels doblets de microtúbuls. Actualment se sap que les dues funcions són realitzades per un únic complex que engloba ambdues estructures: el N-DRC.
Aquest complex es troba en l'axonema dels cilis i dels flagels unint els doblets externs de microtúbuls cada 96 nm. La seva funció principal és restringir el lliscament dels doblets de microtúbuls adjacents provocant una curvatura del conjunt de l'axonema, que serà la responsable del moviment coordinat dels cilis i dels flagels. miniatura|Secció d'un axonema. Els cilis i flagels (també anomenats undulipodis) són prolongacions citoplasmàtiques situades a la superfície cel·lular. Aquests orgànuls presenten una estructura interna coneguda com l'axonema 9+2, formada per 9 doblets de microtúbuls externs envoltant una parella de microtúbuls centrals. La seva funció és aconseguir el desplaçament de la cèl·lula i, en el cas dels cilis, crear turbulències al voltant de la cèl·lula per atreure l'aliment o per desplaçar substàncies externes.
Estructura El complex N-DRC està format fonamentalment pel complex regulador de dineïna (DRC) i pels enllaços de nexina.
Dineïna Els cilis i flagels són estructures amb més de 250 proteïnes diferents. D'entre elles hi ha un grup de proteïnes encarregat de la mobilitat d'aquestes estructures: les proteïnes motores.
Les dineïnes són una família de proteïnes motores que participen en el moviment dels flagels, així com en el transport intraflagel·lar. Converteixen l'energia química de l'ATP en energia mecànica de moviment. miniatura|Estructura de la dineïna.En el complex N-DRC hi trobem concretament la subfamília de dineïnes anomenades dineïnes ciliars o axonemals. Aquestes proteïnes es troben en l'extrem negatiu del flagel i permeten un moviment eficaç dels microtúbuls (fins a una velocitat de 14 micròmetres/s) per a garantir la mobilitat de la cèl·lula mitjançant cilis i flagels.
Es tracta de monòmers, heterodímers i heterotrímers compostos per una, dues o tres cadenes pesades i diverses cadenes intermèdies i lleugeres. Cada cadena pesada de dineïna està formada per un cap globular (és el centre motor) i per una tija que li permet unir els braços successius de dineïna. Hi haurà tantes cadenes pesades com centres motors.
Les cadenes pesades d'aquesta proteïna són polipèptids de gairebé 4000 aminoàcids. El cap globular està compost per sis dominis AAA i un domini C-terminal. Aquests dominis seran els encarregats de rebre l'adenosina trifosfat, tot i que només un d'ells hidrolitzarà l'ATP i generarà ADP i fosfat (Pi).
D'altra banda, la tija que sobresurt del cap globular servirà per unir-se al microtúbul contigu. Quan la tija s'uneixi al següent microtúbul serà el moment en què es produeixi la hidròlisi d'ATP.
En el moment en què s'allibera l'ADP i el fosfat es produeixen modificacions en la proteïna (cop de força) que li permetran realitzar la seva funció motora. El cap globular està format per diversos mòduls disposats en forma de roda. Aquesta estructura li permet girar i fer moure la tija cap a l'esquerra. Com a conseqüència, el microtúbul que es troba unit al tall es desplaça 8 nm a l'esquerra amb relació al motor, provocant un moviment de lliscament de la proteïna respecte del microtúbul adjacent. Aquest moviment es dona en diversos cicles de manera sincronitzada per garantir la mobilitat del flagel.
DRC El complex regulador de dineïna (DRC) és un dels components principals del complex N-DRC. En un principi es creia que era una estructura simple però actualment s'ha demostrat que té diversos subtipus i que ocupa una longitud total de 50 nm aproximadament. Està compost per dos dominis diferents:
Una placa base: té un pes aproximat de 300-350 kDa i s'estén des del profilament 11 del microtúbul B fins al profilament 4 del microtúbul A. En aquesta part es troben les subunitats DRC1 i DRC2. Un enllaçador: va des del microtúbul A fins a la separació entre els doblets de microtúbuls adjacents. Això genera una unió dels microtúbuls A-B de doblets veïns. En la regió central de l'enllaçador es troben les subunitats DRC3, DRC4 i DRC7. La subunitat DRC6 està localitzada al lòbul distal de l'enllaçador.
El DRC actua regulant la coordinació de les dineïnes en el moviment dels axonemes. Totes les dineïnes actuen cap a l'extrem negatiu. Per això, les d'un costat de l'axonema actuaran doblegant-lo cap a una banda i les de l'altre, cap a la banda oposada. Si totes les dineïnes actuessin simultàniament, no es produiria la flexió que es vol aconseguir. Per això, és necessari que estiguin coordinades. En aquesta coordinació hi participa el DRC conjuntament amb altres estructures com el complex del parell central de microtúbuls (CP complex), les fibres radials i el braç intern de dineïna. Els senyals es transmeten des del parell central de microtúbuls fins als braços interns de dineïna mitjançant les fibres radials. La DRC actua transmetent aquests senyals.
El regulador clau d'aquesta activitat motora és el DRC i ho realitza amb connexions intermoleculars. Aquest forma un enllaç amb la nexina que és crític per la flexió de l'axonema.
Nexina La nexina va ser identificada en axonemes pel microscopi electrònic com un enllaç proteic que es repeteix cada 96 nm entre els doblets externs de microtúbuls creant una connexió. Els enllaços de nexina interconnecten el microtúbul A d'un doblet amb el microtúbul B del doblet adjacent, mantenint així l'estructura cilíndrica de l'axonema. Són estructures flexibles i sensibles a les proteases (com ara la tripsina).
La seva funció consisteix a restringir el lliscament dels microtúbuls de la capa externa dels axonemes causat per l'acció motora de la dineïna. D'aquesta manera, està provocant una flexió de l'axonema que dona lloc al moviment ondulatori propi dels cilis i dels flagels.
Actualment encara hi ha molta incertesa sobre la naturalesa funcional i molecular dels enllaços de nexina. Existeixen dues idees diferents que intenten explicar el comportament d'aquests enllaços durant el lliscament interdoblet de microtúbuls:
Per una banda, diversos estudis han suggerit que els enllaços de nexina són connexions elàstiques permanents que poden estirar-se fins a 10 vegades la seva longitud en repòs sense trencar-se. Això ho podrien aconseguir a partir del desplegament de la proteïna. Tot i això, no s'han trobat evidències directes que demostrin aquest caràcter elàstic de la nexina. Per altra banda, altres estudis defensen que els enllaços de nexina no pateixen una deformació elàstica, sinó que s'alliberen i es reenganxen a mesura que es produeix el lliscament, és a dir, que hi ha un desplaçament entre la nexina i el microtúbul B adjacent.
Complex N-DRC i les seves subunitats Avenços en proteòmica i en la identificació de modificacions post-traduccionals han permès reconèixer els gens que codifiquen alguns dels components del complex N-DRC. Fins ara s'han trobat 11 subunitats que conformen el complex N-DRC de manera clara: Nº accés Descripció GenMida (kDa)Motius estructuralsFuncióQ96MC2DRC1 (humà) miniatura|Localització del gen DRC179Hèlix superenrotlladaTé un paper molt important en l'assemblatge del complex N-DRC, ja que forma una breu connexió amb el protofilament B11 que es troba entre els doblets de microtúbuls. També estabilitza l'assemblatge dels braços interns de dineïna i les fibres radials. Mutacions en aquesta subunitat redueixen l'amplitud del batec ciliar i modifiquen els enllaços de nexina.Q8IXS2DRC2 (humà)miniatura|Localització del gen DRC265Hèlix superenrotlladaRealitza la mateixa funció que DRC1, ja que s'uneixen formant un centre des d'on realitzaran la funció d'assemblatge del complex N-DRC conjuntament.Q9H069DRC3 (humà)miniatura|Localització del gen DRC360LRRÉs important en la unió del complex N-DRC i la dineïna. Participa en la correcta realització de la funció general: la mobilitat dels flagels i dels cilis.O95995DRC4 (humà)miniatura|Localització del gen GAS855Hèlix superenrotlladaL'extrem N-terminal de DRC4 és important per a les interaccions amb les altres subunitats DRC del complex, mentre que l'extrem C-terminal regula l'associació del complex al microtúbul A. Té un paper molt important en la unió del complex N-DRC i contribueix en la coordinació dels cilis.Q5JU00DRC5 (humà)miniatura|Localització del gen TCT143LRRRealitza el seu paper en l'assemblatge del complex N-DRC. Important en la mobilitat de l'espermatozoide.Q8NEE6DRC6 (humà)miniatura|Localització del gen FBXL1328LRRActua en el reconeixement del substrat del complex ubiquitina ligasa E3 de tipus SCF.Q8IY82DRC7 (humà)miniatura|Localització del gen DRC7177TGL (transglutaminasa), hèlix superenrotllada, LRR i dominis KelchÉs la subunitat més llarga identificada en el complex i conté diversos dominis. Té un extrem carboxil terminal que conté un domini de peptidasa semblant a la transglutaminasa. Això facilita la interacció de la subunitat amb la tubulina glutaminada del microtúbul B. Per tant, facilita la connexió amb els microtúbuls i interacciona amb DRC3, DRC4 i DRC11.Q5VUJ9DRC8 (humà)miniatura|Localització del gen EFCAB219Mà EFConté dominis de Ca2+ i de calmodulina. Encara s'estudien les raons per conèixer com aquesta subunitat té la capacitat de transmetre senyals que provenen de les fibres radials i són enviades cap als braços interns de dineïna. Podria contribuir a una de les moltes vies que regulen la forma d'ona flagel·lar.Q9H095DRC9 (humà)miniatura|Localització del gen IQCG46IQ (domini de calmodulina)S'uneix a la calmodulina quan els nivells de Ca2+ són baixos i, per tant, contribueix en l'activitat de la cinasa IV (CAMK4). És necessari per a l'assemblatge normal de l'axonema dels espermatozoides i, per tant, se'l relaciona amb la fertilitat masculina.Q96DY2DRC10 (humà)miniatura|Localització del gen IQCD41IQConté dominis de Ca2+, suggerint que podria contribuir en una de les moltes vies que regulen la forma d'ona flagel·lar.Q86XH1DRC11 (humà)miniatura|Localització del gen IQCA195AAA, IQConté dominis de Ca2+, suggerint que podria contribuir en una de les moltes vies que regulen la forma d'ona flagel·lar. També presenta el domini AAA, que intervé en la regulació dels canvis conformacionals de nucleòtids dins del N-DRC. Interacciona amb DRC3, DRC4 i DRC7. Dades extretes de:
En el complex N-DRC hi predominen els dominis d'hèlix superenrotllada (DRC1, DRC2, DRC4 i DRC7) que permeten establir interaccions entre dues proteïnes. També abunden els dominis de repeticions riques en leucina (LRR) (DRC3, DRC5, DRC6, DRC7), que també faciliten les interacciones entre proteïnes.
Funció Diversos estudis han identificat a N-DRC com un important centre regulador de l'axonema que té un paper clau en la regulació de l'activitat motora de la dineïna, la qual és la responsable del moviment flagel·lar i ciliar.
També han assenyalat que el mecanisme regulador de N-DRC podria implicar una via de fosforilació, ja que s'han detectat diverses cinases, fosfatases (com PP1 i PP2A) i fosfoproteïnes associades a l'axonema. Altres estudis han identificat dos components involucrats en la connexió entre N-DRC i les fibres radials. Aquesta associació suggereix que el complex N-DRC també està relacionat amb la transducció de senyals de Ca2+, ja que les fibres radials tenen un paper clau en la modulació del calci del moviment flagel·lar.
No obstant això, encara es coneix molt poc sobre la composició molecular i el mecanisme regulador del complex N-DRC.