En nuestros cuerpos las proteínas llevan a cabo casi todos los procesos esenciales, y el mal funcionamiento de las proteínas causa muchas enfermedades. Para estudiar la función de una proteína, los investigadores lo sacan de la celda y posteriormente analizan las consecuencias. Los dos métodos que normalmente podrían usar actualmente son la edición del genoma por CRISPR / Cas, e interferencia de ARN. Actúan a nivel de ADN o ARN, respectivamente. Sin embargo, su influencia sobre las cantidades de proteínas es indirecta y lleva tiempo. Científicos de Alemania y el Reino Unido presentan ahora un nuevo método, llamado Trim-Away, lo que permite agotar directa y rápidamente una proteína de cualquier tipo de célula. Como Trim-Away puede distinguir entre diferentes variantes de una proteína, también abre nuevos espacios para la terapia de enfermedades.

En cada célula viva muchos miles de proteínas están trabajando. Su repertorio comprende desde catalizar reacciones bioquímicas hasta dar forma a la superficie de una célula o enviar y recibir señales. Las proteínas que funcionan mal causan diversas enfermedades, incluido el cáncer y la neurodegeneración. Por lo tanto, Es de gran interés para los biólogos moleculares comprender cómo actúan las proteínas en su entorno natural:la célula.

Para investigar la función de una proteína, una de las estrategias más importantes es eliminarlo de la célula y estudiar los efectos sobre los procesos celulares. Para agotar una proteína, Los investigadores tienen dos técnicas principales a mano:edición del genoma por CRISPR / Cas, e interferencia de ARN (ARNi). Al apuntar al ADN o ARN de una célula, respectivamente, detienen de manera eficiente la producción de una proteína. Sin embargo, estos métodos afectan las cantidades de proteínas sólo indirectamente y no son aplicables a todos los tipos de células y proteínas. Hasta ahora, no se disponía de una técnica de aplicación universal que pudiera superar estas limitaciones.

Los científicos del Instituto Max Planck de Química Biofísica en Göttingen (Alemania) y el Laboratorio de Biología Molecular MRC en Cambridge (Reino Unido) han logrado desarrollar un método novedoso, denominado Trim-Away. "Con Trim-Away, es posible, por primera vez, apuntar directamente a casi cualquier proteína en cualquier tipo de célula, "afirma Melina Schuh, Director del MPI de Química Biofísica. "Es muy simple de usar y elimina proteínas en minutos. Esto es mucho más rápido que cualquier cosa que pueda lograr con la edición del genoma o ARNi, con estas técnicas, Por lo general, se necesitan muchas horas o incluso días para agotar una proteína. Esto le da a la célula tiempo para desarrollar mecanismos para compensar la pérdida, que a veces enmascara los efectos reales. Es más, La edición del genoma y el ARNi no son adecuados para estudiar proteínas de larga duración o proteínas en células primarias. Con Trim-Away, ahora podemos cerrar esta brecha "." Ahora podemos tomar básicamente cualquier célula del cuerpo y destruir rápidamente las proteínas dentro de esta célula, permitiéndonos estudiar de forma inmediata los efectos sobre los procesos celulares, "agrega el primer autor Dean Clift.

Aprovechando las habilidades de una proteína celular

El elemento central de la nueva técnica es una proteína que se había descubierto en el laboratorio de Leo James en el MRC LMB:Trim21. Trim21 reconoce los anticuerpos que ingresan a la célula adheridos a los virus. Se une a estos anticuerpos, etiqueta el complejo anticuerpo-virus como "basura", y lo entrega al "conducto de basura" de la celda, el proteasoma. Schuh se dio cuenta de que esta capacidad de Trim21 podría ayudarla a superar un problema al que se había enfrentado en su investigación:había resultado excepcionalmente difícil eliminar proteínas específicas de los óvulos mediante la edición del genoma o ARNi, ya que muchas proteínas de estas células tienen una vida muy larga. Schuh ahora quería utilizar Trim21 como herramienta molecular:junto con Clift, Introdujo anticuerpos en los óvulos que estaban dirigidos contra una proteína celular específica, en lugar de estar dirigido contra virus. Trim21 reconoció el anticuerpo y entregó la proteína unida al anticuerpo al proteasoma para su destrucción. En minutos, la proteína desapareció de la célula. Esta redirección de Trim21 a la proteína de interés es el principio central de Trim-Away. "Básicamente, La caja de herramientas de la naturaleza nos proporcionó todos los componentes que necesitábamos. El truco fue elegir los correctos y combinarlos en un sistema que funcione para nuestro propósito, "Resume Schuh.

Una dificultad fue que muchos tipos de células no tienen cantidades suficientes de Trim21 para hacer frente a la tarea de eliminar toda la proteína unida al anticuerpo. Los investigadores superaron este problema mediante la entrega de proteína Trim21 adicional en la célula junto con el anticuerpo. Una pequeña "descarga eléctrica" ​​hizo que la célula absorbiera las proteínas. "Cuando identificamos por primera vez a Trim21 como un receptor de anticuerpos hace más de diez años y posteriormente demostramos la eficacia con la que destruye las proteínas virales, nos dimos cuenta de que podría ser una herramienta poderosa si se volvía a realizar la tarea contra las proteínas celulares. Sin embargo, los resultados son incluso más notables de lo que podríamos haber imaginado, ", Dice James. Esto también es válido para la aplicabilidad de Trim-Away a proteínas de larga duración y células primarias, que son células que se extraen directamente de un tejido.

Otra aplicación es en macrófagos, un tipo de glóbulo blanco:"Los macrófagos son completamente inaccesibles a la edición del genoma o al ARNi porque son particularmente buenos para reconocer ADN y ARN extraños, que son componentes centrales de esas técnicas ", James lo explica. "Con Trim-Away ahora es posible agotar las proteínas de los macrófagos para estudiar su función en este tipo de célula específico".

Destrucción de variantes de proteínas que causan enfermedades

Una característica de Trim-Away es que puede aprovechar la notable especificidad de los anticuerpos, que no solo puede distinguir entre diferentes proteínas sino también entre dos variantes diferentes de la misma proteína. Estas variantes juegan un papel importante en muchas enfermedades. Un ejemplo destacado es la enfermedad de Huntington, un trastorno neurodegenerativo hereditario causado por una mutación en una de las dos copias de un individuo del gen que codifica la proteína huntingtina. Los científicos demostraron que Trim-Away se puede utilizar para eliminar la variante de la huntingtina que causa la enfermedad de las células de cultivo de tejidos, dejando ilesa la variante "normal". "Por supuesto, hacer que esto funcione en cultivo celular es algo completamente diferente a curar la enfermedad, "Schuh enfatiza." Una aplicación terapéutica está todavía lejana. Pero nuestro trabajo puede abrir nuevas vías para el tratamiento de enfermedades con anticuerpos en el futuro ".