Los investigadores del Instituto de Tecnología de California han desarrollado un enfoque para superar un obstáculo importante en la prueba de nuevos objetivos farmacológicos. La investigación se informa en un artículo del 24 de noviembre en el Revista de química biológica .

Las proteínas incrustadas en las membranas celulares son objetivos potenciales de los medicamentos para tratar una serie de enfermedades, desde enfermedades infecciosas hasta cánceres. Proteínas de membrana (que incluyen transportadores, canales, y receptores) son el objetivo de casi el 70 por ciento de los medicamentos aprobados por la FDA.

Sin embargo, Es notoriamente difícil para los investigadores producir proteínas de membrana en el laboratorio en cantidades suficientes para poder purificarlas y realizar experimentos con fármacos potenciales. Los profesores Thomas F. Miller III y William M. Clemons Jr. del Departamento de Química e Ingeniería Química de Caltech se preguntaron si había alguna forma de ayudar a los investigadores que experimentan este problema.

"Nuestra motivación para este proyecto nació realmente de la frustración con este problema general, que es que las proteínas de membrana son muy difíciles de producir a escala con fines experimentales, "Dijo Clemons.

Para producir proteínas de interés, los investigadores suelen insertar el gen que codifica la proteína en una línea celular de laboratorio, como E. coli; este proceso se denomina sobreexpresión heteróloga de una proteína. Pero las proteínas de membrana generalmente se sobreexpresan solo en cantidades muy pequeñas, por razones que hasta ahora no se han entendido bien. Los investigadores individuales a veces pasan años tratando de modificar sus proteínas de interés de manera que se expresen de manera más eficiente en el laboratorio.

"La gente simplemente busca en la oscuridad para encontrar algo que funcione mejor para poder obtener suficiente proteína para realizar sus estudios". ", Dijo Miller." Se necesitan nuevas herramientas para mejorar racionalmente eso, para hacerlo de una manera más decidida ".

Para ver si existían principios generales que pudieran guiar los intentos de mejorar la expresión de proteínas de membrana, Clemons y Miller y sus estudiantes graduados Michiel J.M. Niesen y Stephen S. Marshall se centraron en un paso específico del proceso:el punto en el que una célula inserta una proteína recién sintetizada en la membrana.

La eficiencia de la inserción, es decir, la fracción del tiempo que una proteína se inserta correctamente en la membrana depende de la secuencia de aminoácidos de la proteína. El equipo desarrolló un método de simulación computacional para predecir cómo un cambio en la secuencia afectaría la eficiencia de la inserción.

En el nuevo estudio, el equipo probó cómo esta eficiencia predicha se relacionaba con la expresión de proteínas en el laboratorio. El equipo produjo sistemáticamente muchas variantes de una proteína en particular y utilizó el algoritmo para predecir la eficiencia de inserción de la membrana de cada variante. Luego, los investigadores cuantificaron la cantidad de proteína producida. Como habían hipotetizado, la eficiencia de inserción mejorada se correlaciona con un rendimiento de proteína mejorado.

Ahora, los investigadores interesados ​​en estudiar una proteína de membrana en particular pueden usar estas herramientas de simulación para predecir qué cambios deben hacer en su secuencia de proteínas para producir la proteína de membrana en el laboratorio. Hay advertencias:si una proteína en particular en un tipo de célula en particular está sujeta a ineficiencias en otros pasos de su síntesis además de la inserción de la membrana, entonces es posible que el nuevo método no ayude. Pero los investigadores confían en que el método ofrece un camino a seguir para muchos investigadores de proteínas de membrana que luchan por expresar sus proteínas.

"Creemos que las herramientas que hemos desarrollado aquí tienen el potencial de revolucionar realmente la expresión de proteínas de membrana, ", Dijo Clemons." Todavía hay cosas que tenemos que hacer para darnos cuenta plenamente de que, pero este documento demuestra que el potencial está ahí ".

Los investigadores ahora se están asociando con otros para poner en práctica estas herramientas.

"Hay muchos objetivos de proteínas de membrana que tienen una importancia real y un valor real para fines farmacéuticos y de diseño de fármacos, Miller dijo:"Si podemos ayudar a las personas poniendo un objetivo difícil de alcanzar al alcance de la mano, sería una gran victoria ".