Los científicos de TSRI y Salk descubren enzimas 'atípicas' que podrían ofrecer nuevos objetivos para tratar la diabetes y la inflamación

Los científicos de TSRI y Salk descubren enzimas 'atípicas' que podrían ofrecer nuevos objetivos para tratar la diabetes y la inflamación

LA JOLLA—Un equipo dirigido por científicos de El Instituto de Investigación Scripps (TSRI) y el Instituto Salk de Estudios Biológicos ha descubierto dos enzimas que parecen desempeñar un papel en el metabolismo y la inflamación, y que algún día podrían ser el objetivo de medicamentos para tratar la diabetes tipo 2 y los trastornos inflamatorios.

El descubrimiento es inusual porque las enzimas no se parecen, en sus estructuras o secuencias de aminoácidos, a ninguna clase conocida de enzimas. Sin embargo, el equipo de científicos los identificó como miembros "atípicos" de la clase de hidrolasa de serina/treonina, utilizando técnicas más nuevas que detectan la actividad bioquímica.

"Una gran fracción del 'proteoma' humano permanece sin caracterizar, y este artículo muestra cómo se pueden usar enfoques químicos para descubrir proteínas de una funcionalidad determinada que han eludido la clasificación basada en la secuencia o la estructura predicha", dijo el coautor principal Benjamin F. Cravatt, presidente del Departamento de Fisiología Química de TSRI.

“En este estudio, encontramos dos genes que controlan los niveles de lípidos con actividad antidiabética y antiinflamatoria, lo que sugiere objetivos interesantes para diabetes y enfermedades inflamatorias”, dijo el coautor principal Alan Saghatelian, que ocupa la cátedra Dr. Frederik Paulsen en el Instituto Salk.

Hacia lo desconocido

El estudio, que se presenta como un Nature Chemical Biology La publicación en línea avanzada del 28 de marzo de 2016 comenzó como un esfuerzo en el laboratorio de Cravatt para descubrir y caracterizar nuevas serina/treonina hidrolasas utilizando sondas de fluorofosfonato (FP), moléculas que se unen selectivamente y, de hecho, etiquetan los sitios activos de estas enzimas.

Extrayendo proteínas de unión a FP de todo el proteoma de las células de prueba e identificándolas mediante técnicas de espectrometría de masas, el equipo comparó casi todas con hidrolasas conocidas. El principal valor atípico fue una proteína llamada proteína del gen 1 inducida por andrógenos (AIG1). El único otro era un primo lejano en términos de secuencia, una proteína llamada ADTRP.

“Ninguna de estas proteínas había sido caracterizada como una enzima; de hecho, había poca caracterización funcional de ellos en absoluto”, dijo William H. Parsons, investigador asociado en el laboratorio Cravatt y coautor principal del estudio. Los experimentos con AIG1 y ADTRP revelaron que realizan su trabajo enzimático de una manera única. “Parece que tienen un sitio activo que es novedoso, nunca se había descrito en la literatura”, dijo Parsons.

Las pruebas iniciales con paneles de diferentes inhibidores de enzimas mostraron que AIG1 y ADTRP son inhibidos moderadamente por inhibidores de lipasas, enzimas que descomponen grasas y otros lípidos. Pero, ¿en qué lípidos específicos funcionan normalmente estas enzimas atípicas recién descubiertas?

Reguladores de FAHFA

En el Instituto Salk, el laboratorio Saghatelian estaba investigando una clase de lípidos que había descubierto en 2014. Conocidos como ésteres de ácidos grasos de hidroxiácidos grasos (FAHFA), estas moléculas mostraron un fuerte potencial terapéutico. Saghatelian y sus colegas descubrieron que aumentar los niveles de un lípido FAHFA clave normaliza los niveles de glucosa en ratones diabéticos y también reduce la inflamación.

“El laboratorio de Ben estaba examinando paneles de lípidos para encontrar aquellos en los que funcionan sus nuevas enzimas”, dijo Saghatelian, ex investigador asociado en el laboratorio de Cravatt. “Sugerimos que arrojaran FAHFA allí, y estos resultaron ser muy buenos sustratos”.

El laboratorio de Cravatt pronto desarrolló poderosos inhibidores de las enzimas recién descubiertas, y los dos laboratorios comenzaron a trabajar juntos, utilizando inhibidores y técnicas genéticas para explorar las funciones de las enzimas. in vitro y en células cultivadas. El coautor Matthew J. Kolar, estudiante de MD-PhD, realizó la mayoría de los experimentos en el laboratorio de Saghatelian.

El equipo concluyó que AIG1 y ADTRP, al menos en los tipos de células probados, parecen funcionar principalmente para descomponer los FAHFA y no cualquier otra clase importante de lípidos.

En principio, los inhibidores de AIG1 y ADTRP podrían convertirse en terapias potenciadoras de FAHFA. "Nuestra predicción", dijo Saghatelian, "es que si los FAHFA hacen lo que creemos que están haciendo, el uso de un inhibidor de enzimas para bloquear su degradación haría que los niveles de FAHFA aumentaran y, por lo tanto, deberían reducir la inflamación y mejorar los niveles de glucosa e insulina. sensibilidad."

Los dos laboratorios ahora están colaborando en estudios adicionales de las nuevas enzimas, y los beneficios potenciales de inhibirlas, en modelos de diabetes, inflamación y enfermedades autoinmunes en ratones.

“Una de las cosas interesantes que muestra este estudio”, dijo Cravatt, “es que incluso para clases de enzimas tan bien estudiadas como las hidrolasas, todavía puede haber miembros ocultos que, presumiblemente por evolución convergente, llegaron a ese mecanismo enzimático básico a pesar de no compartir nada. secuencia u homología estructural.”

Otros coautores del estudio fueron Siddhesh S. Kamat, Armand B. Cognetta III, Jonathan J. Hulce y Enrique Saez, de TSRI; y la coautora principal Barbara B. Kahn del Centro Médico Beth Israel Deaconess y la Facultad de Medicina de Harvard.

El financiamiento fue proporcionado en parte por los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. (DA033760, DK909810), The Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust (2012-PG-MED002), National Cancer Institute Cancer Center Support (subvención P30 [CA014195 MASS core ]) y la Cátedra Dr. Frederick Paulsen/Ferring Pharmaceuticals.

Contenido proporcionado por TSRI.

Acerca del Instituto Salk de Estudios Biológicos

El Instituto Salk de Estudios Biológicos es una de las instituciones de investigación básica más importantes del mundo, donde profesores de renombre internacional investigan cuestiones fundamentales de las ciencias de la vida en un entorno único, colaborativo y creativo. Centrados tanto en el descubrimiento como en la orientación de futuras generaciones de investigadores, los científicos de Salk realizan contribuciones innovadoras a nuestra comprensión del cáncer, el envejecimiento, el Alzheimer, la diabetes y las enfermedades infecciosas mediante el estudio de la neurociencia, la genética, la biología celular y vegetal y disciplinas relacionadas.

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