Modulación del citoesqueleto microtubular por la interacción de melatonina con calmodulina: sus posibles implicaciones fisiológicas

Abstract

Varios ritmos corporales se acoplan al fotoperiodo a través de la secreción rítmica de la hormona melatonina. Algunos trastornos mentales se han relacionado con modificaciones del rítmo de secreción de la melatonina por la pineal. El mecanismo a nivel celular por medio del cual la melatonina sincroniza los diferentas ritmos corporales no se conoce con exactitud. Recientemente se ha sugerido que la melatonina al actuar como un antagonista de la calmodulina, modula la dinámica de polimerización de los microtúbulos. Esta regulación a su vez explicaría el efecto de la hormona sobre la liberación de neurotransmisores y el transporte axoplásmico en el sistema nervioso central. El ensamble de los microtúbulos es un proceso dinámico que es inhibido por el sistema Ca2+/Calmodulina tanto in vivo como in vitro. Los antagonistas de calmodulina previenen esta inhibición por unión a la calmodulina activada por el calcio, bloqueando de esta manera la formación del complejo Ca2+/Calmodulina/tubulina/MAPs. La melatonina se une a la calmodulina y produce un alargamiento de los microtúbulos y el crecimiento de neuritas in vivo, sugiriendo que tiene un efecto antagonista sobre la actividad de la calmodulina. En este trabajo, estudiamos el efecto de la melatonina sobre la polimerización de microtúbulos in vitro. El ensayo de polimerización se llevó a cabo con tubulina purificada por dos ciclos de polimerización-despolimerización (6 mg/ml). La mezcla de reacción se incubó a 30° C. La polimerización se inició con la adición de GTP. Los cambios en la absorbancia se registraron a 350 nM cada 2 minutos. En condiciones control, la polimerización de microtúbulos progresó linealmente después de un tiempo de latencia de 2 minutos y alcanzó el equilibrio a los 20 minutos de iniciada la reacción. La velocidad de polimerización calculada en la fase lineal fue de 0.014 O.D./min. En presencia de 5 µM de calmodulina y 1 mM de CaCl2, la velocidad de polimerización disminuyo a 0.004 O.D./minuto, el periodo de latencia se alargo a 4 minutos y la polimerización se inhibió un 40% con respecto al control. Se observó que la melatonina 10-9 M, previno completamente el efecto inhibitorio de Ca2+/Calmodulina sobre la polimerización de los microtúbulos de manera semejante a dos antagonistas de calmodulina (10-5 M de trifluoperazina y 1 µg/ml de compuesto 48/80). Estos resultados apoyan que los rearreglos en el citoesqueleto inducidos por melatonina son mediados por su efecto antagonista sobre calmodulina.