Investigación
carmenfernandez
Mié, 06/04/2022 - 17:00
'Sitios alostéricos'

Imagen tridimensional de la proteÃna humana PSD95-PDZ3 desde diferentes ángulos. Se muestra el compañero de unión CRIPT (amarillo) en el sitio activo con el gradiente de color azul a rojo que indica un potencial creciente de efectos alostéricos. Basado en la entrada 1BE9 del PDB. Imagen: André Faure/CRG
Una técnica desarrollada por cientÃficos del Centro de Regulación Genómica (CRG), en Barcelona, la PCA de doble profundidad, ha revelado la existencia de multitud de ‘puertas ocultas’ que controlan la función de las proteÃnas y que podrÃan, en teorÃa, utilizarse como dianas para cambiar drásticamente la evolución de muchas enfermedades (demencia, cáncer, infecciones,…).
El método, en el que se ejecutan decenas de miles de experimentos a la vez, se ha utilizado para trazar el primer mapa de estas dianas, muy difÃciles de encontrar, conocidas desde hace décadas como sitios alostéricos. Y lo han hecho, en concreto, en dos de las proteÃnas humanas.
“Usamos dos pequeños dominios de proteÃnas que son muy abundantes en el genoma humano: GRB2, que está involucrada en muchas funciones celulares, incluida la cascada de señalización de factores de crecimiento, y PSD95, que tiene un papel en la neuroplasticidad donde ancla otras proteÃnas en la densidad postsináptica de las neuronas. Sin embargo, un motivo importante por el que elegimos estas proteÃnas es porque estas han sido altamente estudiadas, lo que nos permitió validar nuestros hallazgos. Por ejemplo, para PSD95, confirmamos una extensa red alostérica de esta proteÃna y también identificamos un nuevo sitio alostérico en una parte distante de su superficieâ€, ha informado a este diario André Faure, investigador postdoctoral del CRG y primer co-autor de un artÃculo en el que recogen este trabajo y publicado hoy en Nature .
La técnica del CRG, creen sus autores, podrÃa cambiar las normas del juego en el descubrimiento de fármacos y dar lugar a medicamentos más seguros, más inteligentes y más eficaces. Permite a los laboratorios de investigación de todo el mundo buscar y aprovechar las vulnerabilidades de cualquier proteÃna, incluidas las que hasta ahora se consideraban “dianas imposiblesâ€.
“No solo resulta que estos potenciales sitios terapéuticos son abundantes, sino que hay pruebas de que pueden manipularse de muchas formas diferentes. En lugar de solo activarlos y desactivarlos, podrÃamos modular su actividad como si fuera un termostato. Desde el punto de vista de la ingenierÃa, es como si hubiéramos encontrado oro, porque nos da mucho espacio para diseñar fármacos inteligentes que se dirigen a lo malo y omiten lo buenoâ€, destaca Faure.
Las dos maneras principales de manipular las dianas terapéuticas, recuerda el cientÃfico, es “a través de moléculas pequeñas o componentes biológicos (fármacos peptÃdicos como anticuerpos) encontrados mediante la criba de grandes cantidades de moléculas contra la proteÃna de interés. No obstante, encontrar regiones de las proteÃnas con potencial terapéutico es crucial porque reduce dramáticamente el espacio, tiempo y coste de búsqueda; ahà es donde entra en juego nuestro métodoâ€.
Un método con dos ensayos experimentales distintos
Faure, a preguntas de este diario, precisa asimismo que la técnica que han desarrollado, la PCA de doble profundidad, “consiste en dos ensayos experimentales distintos: uno que mide la concentración de la proteÃna expresada correctamente y otro que mide la concentración de la misma proteÃna en complejo con otro de interés. Es importante destacar que este método mide en un solo experimento el efecto de miles de variantes de estas proteÃnas que contienen un o dos cambios en su secuencia de aminoácidos en millones de células eucariotas de levadura. El método es eficiente porque esencialmente realiza el equivalente a miles de experimentos de mutagénesis individuales en un solo matrazâ€.
Asegura que “el método es económico porque no requiere material o infraestructura especializada; solo es necesario la secuenciación de ADN de nueva generación para contar el número de mutaciones de una proteÃna que promueven o disminuyen la interacción con otras proteÃnas o las hacen más o menos establesâ€.
Para analizar los datos, “utilizamos un software de inteligencia artificial de última generación que está a disposición de todos y se puede ejecutar en cualquier ordenador de escritorio. Todo esto significa que nuestro método puede ser utilizado por cualquier investigador interesado en estudiar su proteÃna preferida; todo lo que necesitan es acceso a equipos básicos de biologÃa molecular, un secuenciador de ADN y un ordenadorâ€.
El método en sà no está patentado y está disponible para ser utilizado por cualquier investigador, confirma Faure. Pero destaca: “Actualmente estamos aplicando el método a una de las proteÃnas más mutadas en los cánceres con peores pronósticos, asà como a un miembro de una familia de receptores de membrana que es la diana del 30% de todos los medicamentos aprobados por el FDA. Esperamos que estos proyectos puedan dar lugar a nuevas terapias o patentes en un futuro próximoâ€.
Según información del CRG, las proteÃnas tienen una función primordial en todos los organismos vivos y desempeñan funciones vitales como aportar estructura, acelerar las reacciones, actuar como mensajeros o combatir enfermedades. Están formadas por aminoácidos y se pliegan en innumerables formas diferentes en el espacio tridimensional. La forma de una proteÃna es fundamental para su función. Solo un error en una secuencia de aminoácidos puede tener consecuencias potencialmente devastadoras para la salud humana.
AlosterÃa: gran misterio sin resolver
La alosterÃa es uno de los grandes misterios sin resolver de la función de las proteÃnas. Los efectos alostéricos se producen cuando una molécula se une a la superficie de una proteÃna, lo cual a su vez provoca cambios en un sitio distante en la misma proteÃna, regulando su función por control remoto. Muchas mutaciones patógenas, incluidos numerosos iniciadores oncogénicos, son patológicas por sus efectos alostéricos.
Pese a su importancia fundamental, los sitios alostéricos son increÃblemente difÃciles de encontrar, porque las normas que rigen el funcionamiento de las proteÃnas a nivel atómico no están a la vista. Por ejemplo, una proteÃna puede cambiar de forma en presencia de una molécula nueva y dejar al descubierto bolsas profundas en su superficie que podrÃan ser alostéricas pero que no son identificables solo mediante la determinación de estructuras convencional.
Tradicionalmente, indica el CRG, los cazadores de fármacos han diseñado tratamientos que se dirigen al sitio activo de una proteÃna, la pequeña región donde se producen las reacciones quÃmicas o donde se unen las dianas. El inconveniente de estos fármacos, conocidos como fármacos ortostéricos, es que los sitios activos de muchas proteÃnas son muy similares y los fármacos tienden a unirse e inhibir muchas proteÃnas diferentes a la vez, lo que puede provocar efectos secundarios. En comparación, la especificidad de los sitios alostéricos significa que los fármacos alostéricos son unos de los medicamentos más eficaces que existen en la actualidad. Muchos fármacos alostéricos, que tratan varias afecciones que van desde el cáncer o el sida hasta trastornos hormonales, se han descubierto por casualidad.
“Experimento por la fuerza brutaâ€
Los autores del estudio que a partir de hoy está accesible en Nature abordaron este problema desarrollando la antes citada técnica PCA de doble profundidad, que describen como un “experimento por fuerza brutaâ€. “Rompemos las cosas adrede de miles de maneras distintas para formar una imagen completa de cómo funciona algoâ€, explica el profesor de investigación ICREA Ben Lehner, coordinador del programa BiologÃa de Sistemas del CRG y autor del estudio. “Es como si sospecharas que una bujÃa no funciona, pero en lugar de comprobar solo eso, el mecánico desmontara todo el coche y revisara todas las piezas una por una. Al analizar diez mil cosas a la vez, identificamos todas las piezas que son realmente importantesâ€, añade Lehner.
El método funciona cambiando los aminoácidos que componen una proteÃna, lo que da lugar a miles de versiones diferentes de la proteÃna con solo una o dos diferencias en la secuencia. Entonces se analizan todos los efectos de las mutaciones al mismo tiempo en células vivas en el laboratorio.
“Cada célula es una minifábrica que crea una versión diferente de la proteÃna. En un solo tubo de ensayo tenemos millones de fábricas diferentes y asà podemos analizar muy rápidamente cómo funcionan todas las versiones diferentes de una proteÃnaâ€, precisa Lehner. Los datos obtenidos en los experimentos se introducen en redes neuronales, algoritmos que analizan los datos imitando el funcionamiento del cerebro humano, y esto da lugar a unos mapas completos que determinan la ubicación de los sitios alostéricos en la superficie de las proteÃnas.
El método del CRG, “simplifica enormemente el proceso necesario para encontrar sitios alostéricos. La técnica trabaja con un nivel de precisión mejor que varios métodos de laboratorio diferentes más caros y más lentosâ€, comenta Júlia Domingo, primera co-autora del estudio. “Nuestra esperanza es que otros cientÃficos utilicen la técnica para mapear de forma rápida y exhaustiva los sitios alostéricos de las proteÃnas humanas una a unaâ€, manifiesta.
La nueva investigación biomédica, clave para un acceso más rápido a nuevos tratamientos, "La suma de informática y biologÃa generará avances no vistos hasta ahoraâ€, ¿Cómo será la lucha contra el cáncer en el futuro?
Otro de los beneficios de la técnica a más largo plazo es su potencial para estudiar la función y la evolución de las proteÃnas. Los cientÃficos del C
CientÃficos del CRG desarrollan una técnica que facilita la búsqueda de regiones de las proteÃnas con potencial terapéutico.
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Carmen Fernández. Barcelona
Farmacia Hospitalaria
Industria Farmacéutica
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