Usando una combinación de técnicas computacionales y experimentales, un equipo de investigación de la Universidad de Massachusetts Amherst dirigido por la bióloga molecular Lila Gierasch ha desmitificado la vía de comunicación entre dominios en una familia de proteínas conocida como Hsp70s, un objetivo principal de docenas de laboratorios de investigación que intentan desarrollar nuevos medicamentos contra el cáncer, antibióticos y tratamientos para las enfermedades de Alzheimer y Parkinson.

Gierasch dice:"Este nos presentó un desafío bastante científico, porque todas las técnicas que usamos habitualmente para observar la comunicación entre los diferentes dominios de las proteínas se atascan cuando los objetivos son flexibles y no rígidos, y el enlazador entre dominios en Hsp70s es muy flexible. Teníamos que ser inteligentes en nuestro enfoque ". Los detalles están en el Revista de química biológica .

Como ella explica, Las proteínas de choque térmico de la familia Hsp70 - peso molecular 70 - son "una clase realmente importante de chaperonas moleculares que tienen muchas funciones importantes en la célula, incluida la unión a las proteínas del cliente para ayudar a su plegamiento, o para evitar que se agreguen patológicamente, o para mantenerlos desplegados para que puedan pasar como hilos a través de una membrana ".

Ella describe las tres partes de una proteína Hsp70 plegada como un dominio de unión a nucleótidos y un dominio de unión a sustrato unidos por un enlazador interdominio "misterioso", que se convierte en parte de la estructura cuando una pequeña molécula, trifosfato de adenosina (ATP), se une al Hsp70. Cuando el ATP libera energía para el uso de la célula, cambia a difosfato de adenosina (ADP). "Puedes pensar en esta máquina molecular como un aparato de Rube Goldberg, ", señala." Hace años que sabemos que el pequeño vinculador que conecta los dos dominios es importante, y cuando el ATP está presente, es parte de la estructura colapsada de dos dominios. Pero con ADP presente, los dominios se mueven de forma independiente. Se desconocía el papel del enlazador en este caso, y planteó un rompecabezas que era muy difícil de resolver ".

Frente a métodos experimentales directos limitados para observar los movimientos del enlazador, Gierasch y el investigador postdoctoral Charles English, colaborando con el miembro adjunto de la facultad Woody Sherman, también CSO of Silicon Therapeutics, Bostón, realizó un estudio computacional para comprender el rango de posibles posiciones del enlazador. Utilizaron una técnica llamada dinámica molecular, que utiliza las ecuaciones de movimiento de Newton para simular cómo se mueven los átomos y las moléculas. Esto fue ayudado por el enorme poder de computación de las unidades de procesamiento de gráficos y el cercano Centro de Computación Verde de Alto Rendimiento de Massachusetts multiuniversitario en Holyoke.

Gierasch dice Wenli Meng, un maestro en técnicas de resonancia magnética nuclear (RMN), obtuvo datos de RMN que validaron las simulaciones. El enlazador tiene solo 12 aminoácidos de longitud, y Meng pudo extraer directamente la información del enlazador de entre 636 aminoácidos. "Esa fue una contribución significativa a nuestro trabajo, ", señala." Nos dio una huella digital experimental para comparar con lo que decía la simulación por computadora, y quedamos encantados con el estrecho acuerdo. La combinación de datos de RMN con nuestras simulaciones hizo que nuestros hallazgos fueran mucho más sólidos. La integración de múltiples disciplinas está avanzando enormemente en la investigación de las ciencias de la vida como esta ".

Ella informa, "Resulta que cuando miras este vinculador con atención, es como una junta universal en un automóvil ". Para Gierasch, que reconstruyó un MG a partir de piezas como estudiante de posgrado, esta analogía no es tan improbable como podría pensarse. "En el mecanismo del eje de transmisión, hay piezas rígidas unidas por juntas, y eso es lo que tiene este enlazador, tres piezas rígidas unidas por bisagras flexibles. El resultado es que los dos dominios atados por el enlazador tienen una rotación restringida entre sí. Entonces, este enlazador de proteínas no es como un fideo o un trozo de hilo. Es rígido en algunos lugares pero flexible en otros, y, para facilitar el correcto funcionamiento del acompañante, puede torcerse de manera que facilite el mecanismo del acompañante, pero no puede ir a todas partes ".

Una "bonificación inesperada", agrega, está descubriendo que el enlazador hacía frecuentes pausas en un bolsillo del dominio de unión al sustrato, "eso le brinda un sitio de unión potencial para atacar con un medicamento. Antes no sabíamos acerca de este pequeño bolsillo, pero ahora podemos imaginar una forma de detener el ciclo de plegado asistido por chaperones diseñando una pequeña molécula que se unirá en ese sitio ".

Gierasch reconoce que este avance es, por sí mismo, solo un paso en un largo proceso, de hecho, uno en el que ha estado trabajando durante décadas. "Pero así es como funciona la ciencia, un paso a la vez. Con cada pieza del rompecabezas que pones, aclara el panorama general ". Ella y sus coautores escriben que una mejor comprensión del papel del enlazador entre dominios que ahora han caracterizado" llena un vacío más en la comprensión de cómo estas máquinas moleculares realizan sus innumerables funciones fisiológicas ". Este trabajo debería ser útil para la investigación sobre los objetivos de Hsp70 para el cáncer, Enfermedad de Alzheimer y Parkinson y desarrollo de nuevos antibióticos. agregan.

"Además, enlazadores aparentemente flexibles están muy extendidos en moléculas de señalización en biología, y nuestro trabajo ilustra la importancia de estudiar en profundidad los roles de estas unidades aparentemente flexibles. Delinear sus paisajes conformacionales arrojará luz sobre cómo pueden transmitir información de una región de una molécula a otra ".

Gierasch agrega, "Se dice que las células cancerosas son absolutamente adictas a las Hsp70 porque producen muchas proteínas en grandes cantidades, y estos acompañantes están saludando a cada proteína recién sintetizada y facilitando su adopción de una estructura adecuada, por eso la gente está tan interesada en ellos. Si los inhibe, retardaría el crecimiento de los cánceres. El problema es que también enfermarías a otras células ". Se podrían desarrollar nuevos antibióticos a partir de la inhibición de las Hsp70 bacterianas específicas, y porque las Hsp70s ayudan a proteger las células contra la agregación de proteínas, inhibirlos o manipularlos podría conducir a nuevos tratamientos para las enfermedades raras que resultan de la acumulación de proteínas.