Ian Gibbons (UC Berkeley): The Discovery of Dynein

Summary

En esta fascinante conversación, Ian Gibbons, quien descubrió la proteína molecular dynein hace casi 50 años, relata su proceso de investigación sobre los cilios y flagelos. Desde su descubrimiento inicial en 1963 hasta la identificación de dynein como una ATPasa clave en el movimiento celular, Gibbons detalla sus esfuerzos experimentales, incluyendo la extracción de proteínas, la reconstitución de estructuras funcionales y la confirmación de que dynein es el motor que impulsa el movimiento de los cilios. A través de técnicas innovadoras y colaboraciones, Gibbons describe cómo sus descubrimientos revolucionaron la comprensión del motor celular y de los mecanismos de motilidad.

Takeaways

• 😀 Ian Gibbons descubrió la proteína molecular dyneina, una ATPasa generadora de fuerza crucial para el movimiento de cilios y flagelos.
• 😀 La dyneina también desempeña un papel importante en el transporte de cargas dentro de las células eucariotas, como vesículas de membrana, el aparato de Golgi y complejos proteicos.
• 😀 Gibbons se interesó en los cilios y flagelos tras observar estructuras fibrilares en cortes transversales de estos, que no habían sido descritas previamente.
• 😀 Tras pasar años investigando la morfología, Gibbons se dio cuenta de que era necesario abordar la bioquímica para entender cómo funcionaban estas estructuras.
• 😀 La colaboración con su esposa, una bioquímica de proteínas, le permitió abordar el estudio bioquímico de la dyneina.
• 😀 Utilizó ciliados de Tetrahymena como modelo para aislar cilios y, tras un proceso de extracción, separó proteínas solubles e insolubles, lo que permitió descubrir la actividad ATPasa.
• 😀 En los experimentos, descubrió que la actividad ATPasa estaba localizada en los brazos de los microtúbulos dentro de los cilios, lo que confirmaba que estos eran los componentes motores.
• 😀 El nombre 'dyneina' fue sugerido por su esposa y se deriva de 'dyne', una unidad de fuerza.
• 😀 Gibbons propuso dos teorías sobre cómo la dyneina podría generar movimiento: contracciones localizadas o deslizamiento de microtúbulos, siendo esta última la más plausible.
• 😀 El trabajo posterior en el laboratorio con flagelos de erizo de mar proporcionó pruebas claras de que la dyneina era responsable del movimiento de los cilios y flagelos mediante la interacción con los microtúbulos.
• 😀 Tras su descubrimiento inicial, se estudió más a fondo la biología molecular de la dyneina, descubriendo una familia compleja de subunidades que comprendían tanto dyneinas axonémicas como citoplasmáticas.

Q & A

¿Cómo comenzó Ian Gibbons en el estudio de los cilios y flagelos?

Ian Gibbons comenzó a estudiar los cilios y flagelos mientras trabajaba como microscopista electrónico en Harvard, colaborando en un proyecto relacionado con protozoos flagelados. Fue en ese momento cuando observó estructuras fibrilares nunca antes descritas en las secciones transversales de los cilios y flagelos, lo que despertó su interés por comprender cómo funcionaban.

¿Qué motivó a Gibbons a cambiar su enfoque hacia la bioquímica después de la microscopía electrónica?

Gibbons se dio cuenta de que, aunque la microscopía electrónica proporcionaba detalles estructurales, no ofrecía suficiente información sobre la química o motilidad de los cilios y flagelos. Fue por esto que decidió aprender bioquímica y se apoyó en su esposa, quien era bióloga experta en proteínas.

¿Qué técnica utilizó Gibbons para aislar los cilios de los protozoos y por qué fue importante?

Gibbons utilizó un separador de crema para aislar grandes cantidades de cilios de Tetrahymena, lo que facilitó el estudio detallado de las estructuras. Esto fue crucial para obtener preparaciones puras y suficientes para investigar los componentes proteicos y sus funciones.

¿Cuál fue el desafío principal al intentar estudiar las proteínas de los cilios y cómo lo resolvió Gibbons?

El desafío principal fue que las proteínas de los cilios eran insolubles y estaban atrapadas dentro de la membrana ciliar. Gibbons resolvió esto usando un detergente suave (digitonina) para eliminar las membranas, lo que permitió que las proteínas y la actividad ATPasa fueran accesibles para su estudio.

¿Qué descubrió Gibbons sobre la actividad ATPasa en las fracciones solubles y en el pellet después de la extracción?

Gibbons descubrió que la actividad ATPasa se concentraba en las fracciones solubles, que contenían aproximadamente el 80% de la actividad ATPasa, a pesar de representar solo el 30% de la proteína total. Esto permitió una purificación inicial de tres veces de la ATPasa.

¿Cómo demostró Gibbons que la ATPasa estaba asociada a los brazos de los microtúbulos?

Gibbons observó que al recombinar las fracciones solubles y del pellet en presencia de magnesio, los brazos de los microtúbulos reaparecieron y la actividad ATPasa se reintegró, lo que proporcionó evidencia de que los brazos de los microtúbulos contenían la ATPasa responsable del movimiento ciliar.

¿Por qué Gibbons eligió el nombre 'dynein' para la ATPasa que descubrió?

Gibbons eligió el nombre 'dynein' porque 'dyne' era la unidad de fuerza que se enseñaba en su época. Fue su esposa, Barbara, quien sugirió este nombre una noche mientras conversaban.

¿Qué hipótesis consideraba Gibbons sobre cómo funcionaba la ATPasa dynein en el movimiento ciliar?

Gibbons consideraba dos hipótesis: una que sugería contracciones localizadas en los microtúbulos, y otra que planteaba un deslizamiento relativo entre los microtúbulos. Sin embargo, descartó la hipótesis del deslizamiento porque implicaba que los microtúbulos deberían deslizarse en direcciones opuestas, lo que parecía inviable.

¿Cómo utilizó Gibbons los espermatozoides de erizo de mar en sus experimentos de motilidad ciliar?

Gibbons utilizó espermatozoides de erizo de mar porque eran más largos y fáciles de observar que los cilios de Tetrahymena. Además, en Hawái, donde se mudó, podía trabajar con estos espermatozoides todo el año debido a que los erizos de mar estaban sexualmente maduros durante todo el año.

¿Qué descubrimiento importante hizo Gibbons al estudiar los espermatozoides de erizo de mar?

Gibbons y su equipo hicieron el importante descubrimiento de que al tratar los axonemas con tripsina y agregar ATP, los axonemas se desintegraban y desaparecían, lo que les permitió observar por primera vez la interacción directa entre un motor molecular (dynein) y los microtúbulos.