Role of advanced glycation end products in titin mechanics

Resumo

Las modificaciones postraduccionales son cambios comunes que afectan a proteínas mediante, por ejemplo, la adición covalente de pequeñas moléculas. Dichas modificaciones tienen un gran rango de efectos y son capaces de modular la estabilidad y función de proteínas, o incluso sus propiedades mecánicas, lo cual ha sido relacionado con la fisiopatología de diversas patologías, incluyendo cáncer y enfermedades neurodegenerativas o cardiovasculares. Un tipo de estas modificaciones es la glicación espontánea, la cual ocurre por ejemplo durante el envejecimiento y en patologías como la diabetes. Se ha descrito que la glicación da lugar a la formación de productos de glicación avanzada (AGEs) capaces de generar entrecruzamientos intermoleculares entre proteínas extracelulares, lo cual contribuye a la rigidificación del tejido cardiaco en ambas situaciones. Sin embargo, la alteración de las proteínas extracelulares no es capaz de explicar por qué los propios cardiomiocitos envejecidos o diabéticos son intrínsicamente más rígidos. En este trabajo, hemos estudiado si la glicación de titina, la proteína de mayor tamaño codificada por el genoma humano y elemento clave respecto a la mecánica del sarcómero, altera sus propiedades mecánicas pudiendo contribuir a la rigidificación de cardiomiocitos. Nos hemos centrado en la glicación inducida por metilglioxal (MG), un importante agente que produce glicación en diabetes. Realizamos una caracterización mecánica de molécula individual mediante técnicas de Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). Nuestros resultados demuestran que el MG provoca una notable formación de entrecruzamientos intradominio en titina, causando un aumento de la rigidez de la proteína debido a la reducción de su longitud de contorno y al aumento de su cinética de plegamiento. Además, también mostramos que el MG aumenta la tensión pasiva de cardiomiocitos, una propiedad que depende directamente de las propiedades mecánicas de la titina. Mediante la ejecución de simulaciones de Monte Carlo, hemos sido capaces de proporcionar una explicación mecanicista al incremento de la rigidez de cardiomiocitos con relación a la titina, señalando la contribución fundamental de la reducción de la longitud de contorno de las regiones no estructuradas de titina al ser glicadas. Asimismo, hemos encontrado evidencia de que la glicación en titina aumenta en el miocardio envejecido, lo que sugiere que nuestras observaciones tienen relevancia patofisiológica. Nuestros resultados sugieren que la presencia de entrecruzamientos intradominio en proteínas puede afectar a las propiedades mecánicas de tejidos diabéticos y envejecidos