Los investigadores que trabajan para comprender la bioquímica de la formación de cataratas han realizado un hallazgo sorprendente:una proteína que durante mucho tiempo se creyó que era inerte en realidad tiene una función química importante que protege el cristalino del ojo de la formación de cataratas.

El cristalino está formado por células repletas de proteínas estructurales llamadas cristalinas. Las cristalinas dentro de cada célula del cristalino forman un gel denso en proteínas, y las propiedades ópticas del gel, como su transparencia y la forma en que refracta la luz, ayudan a enfocar la luz en la retina.

Pero cuando las proteínas cristalinas se agrupan, ya no son tan transparentes. Si una cantidad suficiente de proteínas se aleja de su habitual solubilidad en agua, organización densamente empaquetada a agregados grumosos, comienzan a dispersar la luz entrante, formando depósitos turbios conocidos como cataratas.

Según el becario postdoctoral de Harvard Eugene Serebryany, autor principal de un estudio reciente en el Revista de química biológica , durante mucho tiempo, los investigadores creyeron que las proteínas cristalinas eran químicamente inertes. Es decir, excepto para agregar como edades individuales, no se creía que las proteínas interactuaran mucho con otras proteínas. Serebryany dijo:"Este era el modelo:la función real de (crystallin) es permanecer monomérico y transparente y evitar la agregación durante el mayor tiempo posible".

Cuando era un estudiante de posgrado en el MIT, Serebryany utilizó una forma mutante de la proteína del cristalino gamma-cristalina para imitar el daño de los rayos UV a la proteína. Mientras estudia cómo esa mutación lleva a que la cristalina se agregue en grupos, Serebryany encontró algo sorprendente:era más probable que el mutante se agregara si era de tipo salvaje, o sin daños, la proteína también estaba presente.

El profesor de Harvard Eugene Shakhnovich, quien colaboró ​​con Serebryany y su consejero graduado, Jonatán Rey, en los estudios anteriores, describió el hallazgo como "un fenómeno bastante sorprendente" y explicó:"Si tuviera estas proteínas dañadas en un tubo de ensayo, no se agregarían por un tiempo. Si tuvieras la proteína de tipo salvaje, no se agregaría para siempre. Pero entonces, cuando mezclas los dos, ves una agregación rápida y precipitada ".

En otras palabras, la versión saludable de una proteína que todos habían pensado que era inerte de alguna manera estaba causando que una versión levemente dañada empeorara mucho más rápidamente.

Cuando Serebryany se graduó, Shakhnovich lo contrató para seguir trabajando para comprender cómo una proteína supuestamente inactiva podría causar este efecto. Serebryany dijo:"Lo primero que tuve que hacer fue básicamente intentar que los experimentos de mi laboratorio de doctorado funcionaran en este (nuevo) laboratorio".

"¡Están a solo dos paradas de distancia en el metro!" Shakhnovich bromeó.

Pero, por alguna razón, Serebryany tuvo problemas para replicar los resultados. "Es un lugar diferente, es un conjunto diferente de instrumentos, un conjunto de procedimientos ligeramente diferente. Ves a donde va esto ", dijo." De repente, los experimentos que antes eran altamente reproducibles daban mucha variabilidad ".

En efecto, en el laboratorio de Harvard, a veces, la cristalina de tipo salvaje provocaba la agregación de la cristalina mutante, ya veces no fue así. Los científicos estaban desconcertados.

Serebryany dijo:"Obviamente, si de repente hay variabilidad, hay una variable oculta que no vimos antes ". Estableció una serie de experimentos para tratar de identificar esa variable.

Una comparación cercana de los pesos moleculares de la proteína de tipo salvaje que hizo que el mutante se aglutinara y la proteína que no reveló una diferencia equivalente al peso de dos átomos de hidrógeno. Esto les dio a los investigadores una pista de que el estado redox (si dos átomos de azufre dentro de una molécula de proteína estaban unidos entre sí en lugar de a los átomos de hidrógeno) podría marcar la diferencia.

"Al llevar a cabo experimentos de espectrometría de masas resueltos isotópicamente, tenemos más de lo que esperábamos, "Serebryany explicó." No solo el mutante propenso a la agregación adquirió un enlace disulfuro interno por molécula durante la reacción de agregación, pero la proteína de tipo salvaje que promueve la agregación perdió su disulfuro al mismo tiempo ".

Al mutar los residuos de aminoácidos de cisteína que contienen azufre uno por uno a residuos que no contienen azufre, Serebryany descubrió que dos aminoácidos de cisteína muy juntos en la superficie de la gamma-d-cristalina actuaban como una especie de interruptor. Cuando los dos se unen, haciendo una estructura llamada enlace disulfuro, La cristalina parecía ser capaz de empujar las moléculas compañeras dañadas hacia la agregación. Cuando las dos cisteínas no estaban unidas, cada uno, en cambio, tomó un átomo de hidrógeno, explicando el pequeño cambio de masa de la proteína. Bajo esa condición, La cristalina de tipo salvaje era inerte.

Pero, ¿cómo podría un enlace entre los aminoácidos en la superficie de esta proteína hacer que impulsara la agregación de otras proteínas?

Utilizando técnicas biofísicas y bioquímicas, El equipo descubrió que aunque el enlace disulfuro se forma fácilmente, también introduce tensión en la estructura de la proteína. Esto hizo que cada molécula de proteína pasara por el enlace disulfuro a una molécula cercana de la proteína, recibiendo dos protones a cambio. De esta manera, el enlace disulfuro podría pasar constantemente entre las moléculas de proteína cristalina. Los autores compararon el proceso con pasar una papa caliente.

Dada toda una población de sanos, proteínas cristalinas intactas, este proceso podría continuar indefinidamente. Pero si una proteína ya estaba un poco dañada, los autores mostraron, atrapó la papa caliente con un conjunto diferente de cisteínas, que eran menos capaces de transmitirlo. Esto hizo que la proteína dañada se acumulara. El trabajo anterior de los autores reveló que las mutaciones que imitan el daño causado por los rayos UV cambiaron la estabilidad de la proteína, haciéndolo más flexible, y por lo tanto más probabilidades de adquirir la conformación que expone nuevas cisteínas que podrían atrapar la papa caliente.

Esto nos ayuda a comprender la formación de cataratas. Según Shakhnovich, el equipo está trabajando en tratamientos con péptidos que podrían evitar que la "papa caliente" llegue a las proteínas dañadas. Serebryany espera que tales péptidos "puedan absorber algunos de esos disulfuros y retrasar el tiempo que se tarda en formar las especies más propensas a la agregación". Eso podría conducir a una formación de cataratas más lenta para los pacientes.