Unha nova técnica desenvolvida por un equipo científico do Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona revelou a existencia de multitude de ‘portas ocultas’ que controlan a función das proteínas e que poderían, en teoría, utilizarse como dianas para cambiar drasticamente a evolución de enfermidades tan diversas como a demencia, o cancro e as enfermidades infecciosas.
O método, no que se executan decenas de miles de experimentos á vez, utilizouse para trazar o primeiro mapa destas dianas tan difíciles de atopar, coñecidas como sitios alostéricos, en dúas das proteínas humanas máis habituais, o cal evidenciou que son abundantes e identificables.
Esta técnica podería cambiar as regras do xogo no descubrimento de fármacos e dar lugar a uns medicamentos máis seguros, máis intelixentes e eficaces. Permite aos laboratorios de investigación de todo o mundo buscar e aproveitar as vulnerabilidades de calquera proteína, incluídas as que ata o de agora se consideraban “dianas imposibles”, segundo os autores.
André Faure, investigador postdoutoral do CRG e coautor do traballo sinala que “non só resulta que estes potenciais sitios terapéuticos son abundantes, senón que hai probas de que poden manipularse de moitas formas diferentes”.
Modular a actividade coma se fose un termostato
Ademais, explica que “en lugar de só activalos e desactivalos, poderiamos modular a súa actividade coma se fose un termostato. Desde o punto de vista da enxeñería, é coma se atopásemos ouro, porque nos dá moito espazo para deseñar fármacos intelixentes que se dirixen ao malo e omiten o bo”, apunta Faure.
As proteínas teñen unha función primordial en todos os organismos vivos e desempeñan funcións vitais como achegar estrutura, acelerar as reaccións, actuar como mensaxeiros ou combater enfermidades. Están formadas por aminoácidos e préganse en innumerables formas diferentes no espazo tridimensional. A forma dunha proteína é fundamental para a súa función. Só un erro nunha secuencia de aminoácidos pode ter consecuencias potencialmente devastadoras para a saúde humana.
A alostería é un dos grandes misterios sen resolver da función das proteínas. Os efectos alostéricos prodúcense cando unha molécula se une á superficie dunha proteína, o cal á súa vez provoca cambios nun sitio distante na mesma proteína, regulando a súa función por control remoto.
Só un erro nunha secuencia de aminoácidos pode ter consecuencias devastadoras para a saúde humana
Moitas mutacións patóxenas, incluídos numerosos iniciadores oncoxénicos, son patolóxicas polos seus efectos alostéricos.
A pesar da súa importancia fundamental, os sitios alostéricos son incriblemente difíciles de atopar, porque as normas que rexen o funcionamento das proteínas a nivel atómico non están á vista.
Por exemplo, unha proteína pode cambiar de forma en presenza dunha molécula nova e deixar ao descuberto bolsas profundas na súa superficie que poderían ser alostéricas pero que non son identificables só mediante a determinación de estruturas convencionais.
Tradicionalmente, os ‘cazadores de fármacos’ deseñaron tratamentos que se dirixen ao sitio activo dunha proteína, a pequena rexión onde se producen as reaccións químicas ou onde se unen as dianas. O inconveniente destes fármacos, coñecidos como fármacos ortostéricos, é que os sitios activos de moitas proteínas son moi similares e os fármacos tenden a unirse e inhibir moitas proteínas diferentes á vez, o que pode provocar efectos secundarios.
En comparación, a especificidade dos sitios alostéricos significa que os fármacos alostéricos son uns dos medicamentos máis eficaces que existen na actualidade. Moitos fármacos alostéricos, que tratan varias afeccións que van desde o cancro ou a sida ata trastornos hormonais, descubríronse por casualidade.
“Experimento por forza bruta”
Os autores do estudo abordaron este problema desenvolvendo unha técnica chamada PCA de dobre profundidade (ddPCA), que describen como un “experimento por forza bruta”.
“Rompemos as cousas adrede de miles de maneiras distintas para formar unha imaxe completa de como funciona algo”, indica Ben Lehner, outro dos autores.
Segundo Lehner: “É coma se sospeitases que unha buxía non funciona, pero en lugar de comprobar só iso, o mecánico desmonta todo o coche e revisa todas as pezas unha por unha. Ao analizar 10.000 cousas á vez, identificamos todas as pezas que son realmente importantes”, recalca.
O método funciona cambiando os aminoácidos que compoñen unha proteína, o que dá lugar a miles de versións diferentes da proteína con só unha ou dúas diferenzas na secuencia. Entón analízanse todos os efectos das mutacións ao mesmo tempo en células vivas no laboratorio.
“Cada célula é unha minifábrica que crea unha versión diferente da proteína. Nun só tubo de ensaio temos millóns de factorías diferentes e así podemos analizar moi rapidamente como funcionan todas as versións diferentes dunha proteína», engade Lehner.
Os datos obtidos nos experimentos introdúcense en redes neuronais, algoritmos que analizan os datos imitando o funcionamento do cerebro humano, e isto dá lugar a uns mapas completos que determinan a localización dos sitios alostéricos na superficie das proteínas.
Unha das grandes vantaxes do método é que se trata dunha técnica alcanzable, accesible para calquera laboratorio de investigación do mundo.
“Simplifica enormemente o proceso necesario para atopar sitios alostéricos. A técnica traballa cun nivel de precisión mellor que varios métodos de laboratorio diferentes máis caros e lentos”, comenta Júlia Domingo, primeira autora do estudo.
Aínda que algunhas ferramentas poden predicir a estrutura dunha proteína lendo a súa secuencia, o noso método vai un paso máis aló e dinos como funciona unha proteína
“A nosa esperanza é que outros científicos utilicen a técnica para mapear de forma rápida e exhaustiva os sitios alostéricos das proteínas humanas unha a unha”, di Domingo.
Un dos beneficios da técnica a máis longo prazo é o seu potencial para estudar a función e a evolución das proteínas.
Os investigadores opinan que, se se amplía, o método podería algún día propiciar avances que poidan predicir con precisión as propiedades das proteínas a partir das súas secuencias de aminoácidos.
Nova era de bioloxía molecular preditiva
Se isto se lograra, cren que marcaría o inicio dunha nova era de bioloxía molecular preditiva, que permitiría un desenvolvemento moito máis rápido dos medicamentos novos e unha industria limpa e baseada na bioloxía.
“Aínda que algunhas ferramentas poden predicir a estrutura dunha proteína lendo a súa secuencia, o noso método vai un paso máis alá e dinos como funciona unha proteína. Forma parte dunha visión máis ampla en que a bioloxía pode deseñarse mediante enxeñería como os avións, as pontes ou os computadores”, di Lehner.
O investigador engade que “levamos máis de 70 anos enfrontándonos aos mesmos retos, pero resulta que son máis manexables do que pensabamos. Se o logramos, abrirase a porta a un novo campo con posibilidades sen precedentes”, conclúe.
Referencia: Mapping the energetic and allosteric landscapes of protein binding domains (Publicado en Nature)
