Diseñan una variante del principal receptor analgésico
18/06/2013 - E.P.
Se puede cultivar en grandes cantidades en bacterias y es soluble en agua lo que permite experimentos y aplicaciones que previamente habían sido muy difíciles o imposibles
Los opiáceos, como la morfina, son todavía la clase más eficaz de analgésicos, pero tienen efectos secundarios no deseados y también pueden ser adictivos y mortales en dosis altas. El diseño de nuevos fármacos analgésicos de este tipo implica la evaluación de sus correspondientes receptores, pero el acceso a cantidades significativas de estos receptores que pueden trabajar en condiciones experimentales ha sido siempre un factor limitante, como señalan estos expertos.
El receptor opioide mu pertenece a una clase de proteínas de la membrana celular llamadas receptores acoplados a la proteína G, o GPCRs. Participantes en una amplia gama de procesos biológicos, estos receptores se unen a las moléculas en el medio ambiente, iniciando vías de señalización celular. En el caso de este receptor, la unión a moléculas de opioides conduce a una profunda reducción del dolor, además de una variedad de desagradable y potencialmente fatales efectos secundarios, un problema que los investigadores de múltiples disciplinas están tratando de resolver.
"Hay dos direcciones para la solución de este problema en la ciencia básica, ya sea trabajando en la molécula opioide o de trabajo en el receptor", dijo el director del estudio, Renyu Liu, profesor asistente en el Departamento de Anestesiología y Cuidadaos Críticos de la Escuela de Medicina Perelman de la Universidad de Pensylvania (Estados Unidos). "Estamos haciendo el segundo", agrega.
La experimentación en el receptor opioide mu ha sido un reto por varias razones. El propio receptor humano es relativamente escaso, ya que aparece en pequeñas cantidades en sólo unos pocos tipos de células, por lo que la cosecha de cantidades apreciables es poco práctica. Los investigadores también han sido incapaces de diseñar bacterias de ingeniería genética para expresar la proteína en masa, ya que algunas partes de la proteína son tóxicas para E. coli. Hidrófobo o repelente del agua, los grupos de aminoácidos en el exterior del receptor que ayudan a que repose en la membrana de la célula también hacen que sea insoluble en agua cuando se aísla.
Los investigadores se propusieron abordar estos desafíos mediante el diseño informático de variantes del receptor opioide mu. Esta tarea tiene sus propias complicaciones, ya que su investigación se llevó a cabo mucho antes de que la estructura cristalina del receptor se conociera. "El problema con este receptor es que la estructura nativa hace muy poco que se ha resuelto y sólo significativamente en un modelo de experimental rediseñado, explica Liu.
A partir de sólo la secuencia del gen para la versión humana del receptor, los científicos sabían el orden de los aminoácidos de la proteína, pero no la forma en que se pliegan juntas. Sin embargo, las estructuras para otros GPCRs, tales como la rodopsina y el receptor adrenérgico beta-2, se conocían en ese momento.
"En base a la comparación de nuestra secuencia con las secuencias de los GPCRs, hemos construido un modelo informático de la proteína, afirmó Jeffery Saven, profesor asociado en el Departamento de Química de la Facultad de Artes y Ciencias. Cuando apareció la estructura de la versión en un modelo experimental de este receptor, hemos sido capaces de comparar nuestro modelo a la estructura y encajaban muy bien".
A partir de esta comparación, los investigadores fueron capaces de identificar los aminoácidos hidrofóbicos en el exterior de la estructura, así como algunos de los que eran potencialmente tóxicos para E. coli. "El objetivo entonces era rediseñar aquellos aminoácidos ", dijo Saven.
"En base a las interacciones físicas y químicas que estos aminoácidos tienen uno con el otro y con agua, hemos sido capaces de identificar combinaciones de secuencias que son consistentes con el modelo, donde los átomos no se solapan en el espacio, y preferentemente ocupamos la superficie exterior con los que son solubles en agua", prosigue este científico.
Sustituyendo 53 de 288 aminoácidos de la proteína, el equipo de investigación introdujo la nueva secuencia de gen en E. coli, con lo que fueron capaces de producir grandes cantidades de la variante. Más allá del receptor opioide mu en el modelo, ahora disponible, los investigadores fueron capaces de demostrar su valor para futuros estudios mediante la realización de pruebas funcionales.
"Hemos demostrado que esta forma soluble en agua de la proteína puede competir con la forma nativa, basada en membranas cuando se enlaza con antagonistas que están etiquetados con fluorescencia", recalcó Saven. "Se puede ver el cambio de fluorescencia a medida que más de estas variantes solubles en agua están flotando en la solución", explica.
El método de cálculo del equipo permite las repeticiones de la variante que le hacen ser más fácil de diseñar, lo que significa que puede ser ajustado junto condiciones experimentales. Se puede utilizar esta variante de ver la relación estructura-función para el receptor, o incluso potencialmente utilizarlo como una herramienta de detección", concluye Liu.
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