El ‘gancho’ de la proteína motora revela cómo las neuronas entregan carga con precisión

Durante décadas, los científicos han sabido que las proteínas motoras como la kinesina-2 transportan carga vital a lo largo de «carreteras» de microtúbulos dentro de las células. Pero sigue siendo un misterio cómo estos vehículos moleculares se identifican y se unen a la carga adecuada. Ahora, un nuevo estudio proporciona una pieza clave de este rompecabezas al revelar la estructura a nivel atómico de la cola de kinesina-2 y su interacción con las proteínas de carga y adaptadoras.

La investigación, dirigida por el profesor Nobutaka Hirokawa de la Universidad Juntendo con el Dr. Masahide Kikkawa de la Universidad de Tokio, el Dr. Xuguang JIANG, becario postdoctoral de JSP, el Dr. Radostin Danv de la Universidad de Tokio y Sota Ichinose de la Universidad de Gunma, fue una bendición. Avances en la ciencia el 24 de octubre de 2025.

Utilizando microscopía crioelectrónica y simulaciones de dinámica molecular, los científicos reconstruyeron la estructura del complejo heterotrimérico de cinesina-2 (KIF3A/KIF3B/KAP3) unido a la proteína de carga, la poliposis coli adenomatosa (APC). Descubrieron un motivo estructural único en la región de la cola de KIF3A y KIF3B (llamado adaptador en forma de gancho y dominio de unión de carga (HAC)) que actúa como un «gancho» molecular, permitiendo al motor ensamblar sus adaptadores y reconocer la carga con alta especificidad.

«Nuestro estudio ha descubierto un elemento estructural en forma de gancho hasta ahora desconocido, el dominio HAC, en la cola de la proteína motora kinesina-2», dijo el profesor Hirokawa. «Este dominio actúa como un ‘conector’ molecular que permite al motor reconocer y transportar adecuadamente su carga dentro de las células».

El dominio HAC consta de un motivo hélice-β-horquilla-hélice (H-βh-H) que forma un andamio para la proteína adaptadora KAP3 y la proteína de carga APC. El estudio reveló cuatro interfaces de unión distintas entre KIF3 y KAP3, donde KIF3A desempeña un papel dominante en el reconocimiento de carga. Los investigadores también encontraron que la estructura de HAC/KAP3 se asemeja a las arquitecturas de unión de carga de otras proteínas motoras, como la dineína y la kinesina-1, lo que sugiere un marco de reconocimiento compartido.

«Este descubrimiento se basa en décadas de investigación de nuestro laboratorio, que identificó y caracterizó por primera vez la familia completa de proteínas motoras kinesina de mamíferos en las décadas de 1980 y 1990 y luego reveló cómo estos ‘vehículos’ moleculares se mueven a lo largo de las ‘vías’ citoesqueléticas de la célula», dijo el profesor Hirokawa.

«Aunque hace tiempo que entendemos cómo viajan estos motores, el misterio restante era cómo saben qué transportar. Nuestros nuevos hallazgos proporcionan la primera visión a nivel atómico de este ‘código logístico’ del transporte celular, las reglas moleculares que permiten a cada motor reconocer y entregar su carga específica con notable precisión».

El equipo validó su modelo estructural mediante espectrometría de masas de reticulación, bioquímica y biología de células neuronales. Demostraron que el dominio HAC se une específicamente a la región de repetición ARM de APC, una proteína supresora de tumores implicada en el transporte de ARN neuronal. En particular, KIF3A contribuyó con la mayor parte de la energía de enlace, mientras que KIF3B desempeñó un papel de soporte estructural.

«Los defectos en el transporte intracelular están relacionados con una variedad de enfermedades humanas, incluidas enfermedades neurodegenerativas, trastornos del desarrollo neurológico y ciliopatías», dijo el profesor Hirokawa. «Comprender cómo las proteínas motoras reconocen y entregan con precisión su carga proporciona una base molecular para desarrollar nuevos enfoques diagnósticos y terapéuticos».

El estudio también destaca el potencial para el descubrimiento de fármacos dirigidos a las interacciones carga-motor y el diseño de sistemas de transporte artificiales que imiten la logística biológica. Sin embargo, los autores señalan que algunas regiones del complejo proteico siguen sin resolverse debido a la flexibilidad estructural y se necesitan más estudios para explorar la diversidad de mecanismos reguladores y de carga. Esta investigación representa un paso importante hacia la decodificación del sistema de transporte celular y la comprensión de la entrega de carga impulsada por motor en las neuronas.