La CBLN1 (de l'anglès cerebellin 1 precursor protein) és una glicoproteïna codificada pel gen CBLN1. La seva estructura es caracteritza principalment pel domini C1q. Aquesta proteïna és funcional quan s'homotrimeritza o forma un hexàmer, format per 6 unitats de CBLN1. S'expressa predominantment a les cèl·lules granulars del cerebel i actua com un organitzador sinàptic bidireccional, indispensable per al manteniment de la integritat i la plasticitat sinàptica. Pertany a la superfamília C1q/factor de necrosi tumoral i, més específicament, a la subfamília de les cerebellin (CBLN).
Estructura L’estructura tridimensional de la CBLN1 ha estat determinada a partir de la seva cristal·lografia amb una resolució de 2,2 àngstroms (220 pm). A grans trets l’esmentada glicoproteïna forma un homotrímer o hexàmer que permet la seva disposició com un pont molecular. Aquestes estructures connecten receptors presinàptics i postsinàptics (formant complexos multimèrics), afavorint la formació i estabilització de connexions neuronals essencials. Comprendre la composició molecular i tridimensional d'aquesta proteïna afavoreix la investigació dels mecanismes de la neurotransmissió i la plasticitat sinàptica, en el sistema nerviós central.
La variant humana de la proteïna CBLN1 (o bé, Cerebellin-1 precursor protein) està composta per 193 aminoàcids i dues glicosilacions conegudes, assolint una massa molecular aproximada de 21,1 kDa. A més, l’esmentada glicoproteïna pertany a la superfamília C1q/TNF, ja que presenta un domini globular C1q en el seu extrem C-terminal.
Estructura primària La forma funcional de la CBLN1 deriva de la seva versió preproteica (no madura) que consta de 193 aminoàcids. Aquesta inclou la seqüència senyal a l’extrem N-terminal, que és essencial per la seva secreció extracel·lular. Concretament, aquesta seqüència engloba des de la Metionina-1 fins a la Glicina-21. Després de la proteòlisi d’aquesta seqüència inicial, la forma madura de la CBLN1 consta de 172 aminoàcids. De totes maneres, la nomenclatura al llarg d’aquest apartat es fa a partir de la seqüència precursora. A continuació, la glicoproteïna presenta una regió N-terminal prèvia al domini C1q, que s'estén des de la Glutamina-22 fins a la Serina-54. En aquesta seqüència s’observen dues úniques cisteïnes en les posicions 34 i 38, les quals segueixen el motiu proteic CLVVC conservat evolutivament en la superfamília CBLN. Aquests dos aminoàcids es redueixen i formen un enllaç disulfur intramolecular o intermolecular, segons el grau de polimertizació. miniatura|384x384px|Representació simple de l'estructura primària de la CBLN1 amb les seves parts diferenciades. Finalment, des de la Valina-55 fins a la Leucina-193 de l’extrem C-terminal, la CBLN1 presenta un domini C1q globular. En l’inici de l’esmentat domini, concretament des de la Serina-57 fins a la Histidina-72, la glicoproteïna presenta el motiu proteic Cerebellin, que és comú en la família de les CBLN. Aquest motiu proteic és essencial per la formació de l'estructura quaternària de la glicoproteïna. D’altra banda, al llarg d’aquesta seqüència fins a l’extrem C-terminal es conforma el domini C1q. Aquest bàsicament està conformat per “10-strand Jelly-roll fold”, els quals alhora s'estructuren formant dues làmines-β antiparal·leles de 5 strands cadascuna.
Pel que fa a les propietats dels aminoàcids presents en la CBLN1, s’observa que al llarg de la seqüència senyal predominen els residus apolars, amb una proporció de 0.857 respecte al total d'aminoàcids que la conformen. Això és coherent amb la funció de secreció d'aquesta seqüència. Per contra, en la regió N-terminal prèvia al domini C1q globular es detecta una elevada presència de residus sulfurats (implicats en la formació d'enllaços disulfur) i polars, amb una proporció de 0,545 respecte al total. Aquests tenen un paper fonamental en la formació de l'homotrímer/hexàmer, gràcies a les interaccions hidrofíliques d’aquesta regió.
D’altra banda, en el domini C1q hi ha una gran concentració de residus polars (amb una proporció de 0,489) i carregats (amb una proporció de 0,201) exposats en la regió externa de les làmines β. En canvi, els residus apolars, que representen un 0,511 dels aminoàcids totals, formen interaccions hidrofòbiques en el nucli del domini que faciliten la seva estabilització.
Aquesta distribució característica d'aminoàcids permet la formació de l'estructura quaternària de la CBLN1, alhora que facilita la seva interacció amb altres proteïnes, com ara els receptors presinàptics i postsinàptics.
Glicosilacions Al llarg de la seqüència de la CBLN1 es troben un seguit de modificacions post-traduccionals. En concret N-glicosilacions, les quals prenen un paper crític en el plegament, estabilitat, secreció i funció biològica de la glicoproteïna. Segons les cristal·lografies de raigs X, la CBLN1 presenta dues N-glicosilacions.
La primera glicosilació es troba en el residu Asparagina-23, és a dir, a la regió N-terminal. Aquesta presenta la seqüència motiu NLT, on N fa referència a l'asparagina, L a la leucina i T a la tirosina. La segona s’observa en el residu Asparagina-79, que es troba dins del domini C1q. En aquest cas, la seqüència motiu és NRT, on N fa referència a l'asparagina, R a l'arginina i T a la tirosina. Precisament, aquest segon residu, l'Asparagina-79, s’ha conservat evolutivament en diverses espècies (principalment vertebrats), fet que suggereix que l'esmentada glicosilació podria tenir un paper essencial en l’estabilitat i/o secreció de la proteïna.
Ambdós residus presenten el mateix disacàrid complex: una di-N-acetilglucosamina (di-GlcNAc) amb enllaç β-1,4 i estructura de tipus biantenària. Algunes de les funcions atribuïdes a aquestes glicosilacions inclouen: facilitar el plegament i la correcta secreció, evitar la seva agregació, incrementar l’estabilitat tèrmica, participar en les interaccions amb determinats substrats (com ara Neurexin-1β i GluD2), conferir resistència a la proteòlisi inadequada i promoure la correcta orientació espacial de la glicoproteïna.
Estructura secundària En l'estructura secundària de la glicoproteïna CBLN1 predominen les conformacions β-laminars. Aquesta parcial exclusivitat d’estructures β és una característica intrínseca de la família C1q/TNF, a la qual pertany CBLN1. Precisament, la composició beta atorga a la proteïna la rigidesa estructural necessària per actuar com a pont molecular estable entre receptors presinàptics i postsinàptics.
La CBLN1 presenta una gairebé absència total d'hèlix alfa al llarg del seu domini C1q, del qual es parla detalladament en el pròxim subapartat. En canvi, la regió N-terminal (des de la Glutamina-22 fins a la Serina-54) presenta una estructura a grans trets desordenada o en forma de loop, ja que s’observa una manca de conformacions secundàries definides. Aquesta absència d’estructura definida aporta una certa flexibilitat a la proteïna, que li permet modificar lleugerament la seva estructura segons el context. miniatura|Estructura tridimensional de la proteïna CBLN1 per AlphaFold. Els elements de l’estructura secundària estan codificats per colors: hèlix alfa en vermell, làmines β en blau i bucles en verd. La imatge es va generar amb Python utilitzant el model de predicció d’AlphaFold.|477x477px Tot i això, certs models d'AlphaFold de la CBLN1 prediuen la presència de tres estructures d'hèlix alfa curtes (d’entre 5 a 12 aminoàcids). La primera es trobaria a l’extrem de la regió N-terminal, amb una probabilitat de predicció menor al 50%. Seguidament, en la zona de transició entre l’extrem de la regió N-terminal i el domini C1q s’observaria una segona hèlix alfa curta, amb una probabilitat estimada d’entre el 50% i el 70%. Finalment, la tercera estructura alfa es trobaria a l’inici del domini C1q, just després de la primera β-strand, amb una probabilitat de predicció d’entre el 70% i el 90%. En aquest cas, l'hèlix alfa actuaria com a bucle d’unió entre dues β-strands. Ara bé, la presència d’aquestes conformacions no ha estat corroborada per cap cristal·lografia de raigs X i, per tant, són solament prediccions. A més, aquestes hèlixs alfa no són altament estables i en certes situacions es podrien trobar desplegades.
Per contra, el domini C1q sí que presenta una elevada estabilitat gràcies a la xarxa de ponts d’hidrogen present al llarg de les làmines beta. Concretament, aquestes interaccions intramoleculars es produeixen entre β-strands adjacents. D'aquesta manera, les distàncies interatòmiques es redueixen fins a assolir una separació d’entre 2.8 Å i 3.2 Å, característica de la presència de ponts d’hidrogen.
Domini C1q L’estructura de la CBLN1 es caracteritza per la presència del domini C1q globular a l’extrem C-terminal, típic de les proteïnes que conformen una homotrimerització. L’estudi per cristal·lografia de raigs X (PDB 3VK9) mostra que aquest domini es compon per un conjunt de “10-strand Jelly-roll fold” o 10 filaments en forma de sandvitx beta. Aquests filaments aporten l’estabilitat necessària perquè la proteïna actuï com a pont molecular entre receptors. Tot i això, també s’observa la presència d’una hèlix alfa curta en el domini C1q.
Les deu β-strands, antiparal·leles entre elles, es divideixen en dues làmines β d’estructura “jelly roll fold” amb una orientació espacial en sentit antihorari. Aquest caràcter antihorari del domini s’ha conservat evolutivament en la superfamília C1q/TNF i és una característica essencial per al correcte plegament del domini.
Per una banda, la primera làmina β està composta pels filaments βA, βB, βC, βD i βE, d’orientació antiparal·lela. Concretament, el filament βC actua com a punt d’interacció entre les dues làmines β del domini. Per altra banda, la segona làmina β està composta pels filaments βF, βG, βH, βI I βJ, també antiparal·lels entre si. En aquest cas, és el filament βH el que actua com a connector entre ambdues làmines β.
Cada filament β està connectat amb els seus adjacents gràcies a bucles de superfície, la longitud dels quals varia en funció dels filaments que uneixen. Aquesta variabilitat altera l’especificitat del domini pels diferents receptors amb els quals pot interaccionar.
Estructura terciària miniatura|303x303px|Predicció de la proteïna CBLN1 per AlphaFold amb representació rainbow. Els colors reflecteixen la posició al llarg de la cadena: de l’N-terminal (blau) al C-terminal (vermell). La imatge es va generar amb Python utilitzant el model d’AlphaFold. La glicoproteïna CBLN1 adopta un plegament tridimensional en l’espai determinat. Aquest depèn de les propietats de la seva seqüència d'aminoàcids i de les estructures secundàries que presenta. Aquest plegament dona lloc a l'estructura terciària, la qual està estretament relacionada amb la seva funció com a pont molecular sinàptic.
L'inici del plegament tridimensional de la proteïna es caracteritza per una regió N-terminal, en què la cadena d'aminoàcids es troba força estesa (loop), excepte per la presència de dues hèlixs alfa curtes. Aquesta regió exerceix una funció reguladora sobre l’activitat de la proteïna: a falta d’un centre al·lostèric clàssic, l’activitat de la CBLN1 està regulada per les interaccions que estableix la regió N-terminal. Així, la plasticitat conformacional d’aquest extrem determina l'estructura quaternària (homotrímer o hexàmer) de la glicoproteïna i, en conseqüència, el grau d’activitat que presenta. Per això es considera que la CBLN1 presenta una al·losteria de tipus estructural.
D’igual manera, les glicosilacions de la proteïna actuen com un mecanisme pseudoal·lostèric. Aquestes modulen notòriament l’afinitat de la CBLN1 pels seus receptors, de manera que canvis en aminoàcids externs al lloc d’unió (Asparagina-23 i Asparagina-79) poden alterar la funcionalitat de la proteïna.