Avance 'místico' en la ciencia de las membranas

Febrero 24, 2005

Avance 'místico' en la ciencia de las membranas

Febrero 24, 2005

La Jolla, CA – El escurridizo mundo de las proteínas de membrana, los guardianes cruciales de la pared externa de una célula corporal que son objetivos populares para los científicos que intentan comprender los orígenes moleculares de la salud y la enfermedad, se ha hecho más accesible a través de un descubrimiento publicado en febrero. Número 25 de Ciencia.

Investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos han descubierto una molécula 'compañera' llamada Mistic que por fin hace posible la producción generalizada de proteínas de membrana para que puedan ser estudiadas, lo que permite a los científicos determinar su estructura atómica y diseñar fármacos que interfieren con los procesos de enfermedades que involucran proteínas de membrana.

“El genoma humano codifica aproximadamente 30,000 genes, un tercio de los cuales se dedican a codificar proteínas integrales de membrana”, dijo Senyon Choe, líder del equipo del estudio. "De aproximadamente 10,000 XNUMX genes humanos dedicados a las proteínas integrales de membrana, solo un pequeño puñado de proteínas ha estado disponible a partir de fuentes naturales en la calidad y cantidad necesarias para estudiarlas con éxito de forma aislada antes de esto".

Las proteínas de membrana, como los receptores y los canales iónicos, son pequeñas "máquinas" moleculares que están incrustadas en las paredes de las células y que actúan como guardianes, filtrando y pasando mensajes entre el interior de la célula y su exterior, es decir, el resto de la cuerpo. No es sorprendente que sean de vital importancia en la investigación médica y el descubrimiento de fármacos, pero hasta ahora ha sido prácticamente imposible producir proteínas de membrana humana en cantidades lo suficientemente grandes como para estudiarlas.

Las proteínas que existen libremente dentro de la célula se pueden estudiar con relativa facilidad una vez que se clonan mediante la inserción de genes en bacterias como E. coli. Por el contrario, dado que las proteínas de membrana están diseñadas para incrustarse en la membrana celular, necesitan un paso adicional para funcionar correctamente: deben insertarse en una membrana celular cuando se crean. No había forma de hacer esto fácilmente, hasta que el equipo de Salk descubrió a Mistic. Como un anfitrión que atrae a un invitado reacio a un cóctel, Mistic parece facilitar la integración de proteínas de membrana clonadas en la membrana celular de E. coli.

Utilizando la espectroscopia de RMN, el científico de Salk, Roland Riek, dirigió los esfuerzos para determinar la estructura inusual de Mistic, que consiste en un conjunto de cuatro hélices, como dos pares de sacacorchos, que parecen plegarse automáticamente en su lugar dentro de la membrana celular.

“Creemos que estas cuatro hélices le dan a Mistic una capacidad de autointegración”, dijo Riek. El equipo de Salk especula que este proceso atrae a su proteína 'invitada' a la membrana de E. coli con ellos.

“Parece que Mistic se inserta de forma autónoma en la membrana y eso facilita que el resto de la molécula, la proteína 'carga', experimente el proceso de plegamiento e integración”, dijo Tarmo Roosild, autor principal del estudio.

La capacidad de inserción automática de Mistic brinda a los investigadores médicos una nueva herramienta que podría revolucionar la biología de las membranas. Les permite por primera vez producir grandes cantidades de proteínas de membrana cruciales para el estudio estructural o la investigación terapéutica, como los canales iónicos y la amplia familia de receptores denominados receptores acoplados a proteína G (GPCR). Existen aproximadamente 1,000 GPCR, involucrados en una amplia variedad de procesos corporales desde la visión hasta el desarrollo sexual, así como muchos trastornos endocrinológicos y autoinmunitarios. El equipo de Choe ahora ha creado con éxito docenas de proteínas de membrana humana tan importantes en la membrana celular de E. coli utilizando Mistic.

Más de la mitad de los medicamentos de gran éxito en la industria farmacéutica están dirigidos a solo dos clases de proteínas de membrana: canales iónicos y GPCR. “Descubrir cómo producirlos abundantemente usando Mistic es probablemente el descubrimiento innovador más fascinante y puro que jamás hayamos hecho en mi laboratorio de 12 años en Salk”, dijo Choe. “Mistic ofrece una oportunidad sin precedentes para responder a los problemas que hemos estado ansiosos por abordar durante mucho tiempo”.

El Instituto Salk de Estudios Biológicos en La Jolla, California, es una organización independiente sin fines de lucro dedicada a los descubrimientos fundamentales en las ciencias de la vida, la mejora de la salud humana y la capacitación de futuras generaciones de investigadores. Jonas Salk, MD, cuya vacuna contra la poliomielitis, que demostró ser segura y eficaz en 1955, ha erradicado casi todos los casos de poliomielitis, una enfermedad paralizante, inauguró el Instituto en 1965 con una donación de terrenos de la Ciudad de San Diego y el apoyo financiero de la marcha de diez centavos.