Estudio de la activación de los canales TRP de fotorreceptores de Drosophila por lípidos derivados del Diacilglicerol

Abstract

Los sistemas biológicos de transducción de señales comparten mecanismos celulares conservados en diversos organismos. El estudio de los sistemas visuales de insectos, como el de la mosca Drosophila melanogaster, ha permitido comprender otros sistemas de transducción de señales así como el origen evolutivo de la visión en vertebrados. El modelo de Drosophila melanogaster es ampliamente utilizado gracias a la facilidad para realizar análisis genéticos y estudios funcionales.

Cada ojo compuesto del sistema visual de Drosophila melanogaster, está constituido por aproximadamente 800 omatidios, los cuales a su vez están constituidos por ocho células fotorreceptoras. En ellas existe una especialización de la membrana celular que corresponde al rabdómero, donde ocurre el proceso de fototransducción.

La cascada de fototransducción se inicia con la absorción de un fotón de luz por la rodopsina y termina con la activación de los canales TRP y TRPL, los cuales han sido identificados como los canales de la respuesta a la luz. La evidencia recopilada hasta la fecha, sugiere que el diacilglicerol (DAG) y los ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs) derivados de la metabolización del fosfatidilinositol-4,5-bifosfato (PIP2) podrían ser los agonistas de los canales TRP. A pesar de los numerosos esfuerzos realizados en los últimos 20 años, la relación entre el mecanismo de activación de los canales TRP y los productos metabólicos de la vía de transducción de la fosfolipasa C (PLC), aún no está clara.

La incorporación de PUFAs en una membrana lipídica altera el perfil de presiones internas de la bicapa e inducen cambios en su curvatura. Este fenómeno se observa cuando se incorporan moléculas diferentes a las que constituyen la membrana, y depende de parámetros como el largo y número de las insaturaciones de las cadenas alifáticas o el volumen y la carga de sus cabezas polares. Los canales mecanosensibles como TREK (“TWIK-related K+ channel”, canal de K+ relacionado con TWIK) y MscL (“mechanosensitive channel of large-conductance”, canales mecanosensibles de gran conductancia), los cuales son sensibles a lípidos, responden a estos estímulos de forma indirecta en respuesta a cambios en la tensión originados por la inclusión de lípidos en la membrana donde se aloja el canal. Con estos antecedentes, nos propusimos determinar si la activación de los canales TRP por los lípidos de membrana provenientes del metabolismo del PIP2, es función de su concentración y el número de insaturaciones en la cadena alifáticas.

Para este estudio se realizaron ensayos electrofisiológicos en parches escindidos de membrana rabdomérica, obtenidos de omatidios parcialmente disociados. Se probó el efecto de los PUFAs derivados del metabolismo del DAG sobre las corrientes unitarias del canal TRP, considerando el largo de las cadenas y el número de insaturaciones. En un principio estudiamos el ácido linoleico (LA; 18:2), el ácido linolénico (LNA; 18:3) y el ácido araquidónico (AA; 20:4) debido a que estos tres lípidos poseen el mismo número de carbonos en la cadena alifática, pero se diferencian en el número de insaturaciones.

De los resultados obtenidos, se observa un aumento en la actividad de los canales, que depende de la concentración de los PUFAs, así como una correlación entre el incremento del número de insaturaciones en la cadena alifática y el nivel de activación de los canales. A igual concentración de LNA (3 insaturaciones) se aprecia un mayor nPo (fracción de tiempo abierto para uno o más canales) que con LA (2 insaturaciones). Además, se observó una latencia en el inicio de la respuesta, al igual a lo que ocurre en la activación de canales mecanosensibles inducidos por lípidos.

Para finalizar este estudio, se requiere de un mayor número de observaciones que permitan validar estadísticamente los resultados

Biological signal transduction systems share conserved cell mechanisms among species. The study of visual systems of insects like Drosophila melanogaster, has allowed us to understand other signal transduction systems, such as the origin of the vertebrate visual system. The Drosophila melanogaster model is widely used because it is amenable to genetic and functional analysis. The Drosophila melanogaster compound eye is composed by approximately 800 ommatidia, each containing eight photoreceptor cells. The cells possess a cellular membrane specialization known as rhabdomere, where the phototransduction cascade takes place. The phototransduction process begins with the photon absorption by rhodopsine, which at the end of this cascade activates the TRP and TRLP channels. Current evidence suggests that diacylglycerol (DAG) and polyunsaturated fatty acids (PUFAs) derived from phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PIP2) metabolism correspond to the agonists of the TRP channels. Despite numerous efforts in the last twenty years, the relationship between PIP2 metabolic products and TRP channel activation is still unclear. The addition of PUFAs to the lipid membrane changes the lateral pressure in the bilayer and induces changes in its curvature. This phenomenon can be observed when other molecules are introduced, which differ from those that form the membrane in size and number of unsaturations of the aliphatic chains or the volume and charge of the polar heads. Ion channels which are involved in mechanosensitive transduction, such as TREK (TWIK-related K+ channel) and MscL (Mechanosensitive channel of largeconductance) are lipid sensitive. They respond indirectly to changes in lateral pressure originated by the incorporation of lipids near the channel. Based on this knowledge of the behavior of lipid-sensitive channels, we proposed to find out if the TRP channel activation, mediated by PIP2 metabolites, is a function of their concentration and aliphatic chain unsaturations. For this study, electrophysiological tests were performed on excised patches obtained from partially dissociated ommatidia. The effect of PUFAs, derived from the DAG metabolism, was tested on single channel currents of the TRP channel. Initially we tested linoleic acid (LA, 18:2), linolenic acid (LNA, 18:3) and arachidonic acid (AA, 20:4), because these lipids share the aliphatic chain but differ in the number of unsaturations. In these experiments an increase of channel activity, which depends of the PUFA concentration, can be noticed. Furthermore, a correlation between the number of unsaturations and the channel activation level can be observed. At equal LA and LNA concentrations, a large nPo (open probability for more than one channel) can be observed on the former, which supports the hypothesis that TRP channel activation depends on the concentration and unsaturation degree of the incorporated lipids. In addition, in these experiments a latency period at the beginning of the response was observed, which is similar to the response to lipids, which induce mechanosensitve channel activation. Finally, to conclude this study it is necessary to record a larger number of observations, in order to validate these results.