Algunas proteínas del cuerpo garantizan que los genes se activen y desactiven en los momentos correctos. Por ejemplo, la proteína del factor de transcripción Pdx1 (homeobox 1 pancreático y duodenal) activa el gen que codifica la insulina, y la proteína SPOP (proteína POZ tipo moteado) a su vez se une a Pdx1 para que el cuerpo no produzca demasiada insulina. Pero no está claro cómo SPOP se une a Pdx1. Comprender dónde se une la SPOP puede ayudar a los investigadores a predecir qué predispone a las personas a desarrollar diabetes y aclarar cómo la SPOP regula otras proteínas importantes. En un estudio reciente, un equipo de investigadores de Penn State y St. Jude Children's Research Hospital tomó imágenes de las proteínas y determinó cómo se produce esta importante interacción.

Recientemente se publicó un artículo que describe la interacción en el Revista de química biológica . Hablamos con dos de los autores del artículo, Scott Showalter, profesor de química y de bioquímica y biología molecular, y Emery Usher, estudiante de posgrado en Bioquímica, Programa de Microbiología y Biología Molecular (BMMB), sobre este trabajo.

P:¿Por qué es Pdx1 importante para el cuerpo humano? y ¿cómo apoya SPOP su función?

Showalter:Pdx1 es un factor de transcripción, que es una proteína que se une al ADN en su genoma y controla si los genes cercanos se activarán o desactivarán. Inhumanos, Pdx1 se encuentra principalmente en el páncreas, donde enciende el gen que codifica la proteína insulina cuando se necesita más. Cuando se almacena suficiente insulina para el futuro, SPOP se une a Pdx1 y hace que sea destruido por la maquinaria de reciclaje de proteínas celulares, apagando así la producción de insulina.

Usher:En última instancia, Pdx1 y SPOP trabajan juntos para mantener la homeostasis de la glucosa; es decir, el cuidadoso equilibrio de los niveles de glucosa en las células y en el torrente sanguíneo. Notablemente, SPOP desempeña una función reguladora similar para docenas de otras proteínas en muchos tipos diferentes de células, todos los cuales son críticos para la función celular apropiada.

P:¿Cuál fue su motivación para este estudio?

Showalter:Aunque sabíamos que Pdx1 y SPOP trabajan juntos para regular el gen que codifica la insulina, antes de este estudio, los detalles de esta interacción no estaban claros. Se sabía por otro trabajo que SPOP apaga las proteínas al adjuntarles una señal molecular que apunta a estas proteínas para su destrucción, pero Pdx1 no se parece a ninguna otra proteína regulada por SPOP. Casi todas las proteínas que se sabe que son reguladas por SPOP poseen múltiples secuencias de reconocimiento, o secuencias de aminoácidos que actúan como una contraseña. Sin embargo, Pdx1 no contiene ninguna de las secuencias a las que se sabía que se unía SPOP. Mi laboratorio ha invertido una gran cantidad de esfuerzo durante la última década para desarrollar técnicas que puedan usarse para caracterizar interacciones como las que sabíamos que debían existir entre Pdx1 y SPOP. En este estudio, Nos propusimos determinar dónde se une SPOP a Pdx1 y cómo sabe que ha encontrado el sitio o los sitios correctos.

Usher:SPOP puede reconocer más de una de estas secuencias de contraseña de aminoácidos y, por lo tanto, puede apuntar a muchos socios, por lo que es difícil producir una lista completa de las secuencias de aminoácidos que busca SPOP. La investigación de la interacción entre Pdx1 y SPOP también podría proporcionar información sobre otras proteínas a las que SPOP podría unirse.

P:¿Cuáles fueron los principales resultados de este estudio?

Showalter:Nos alegró mucho descubrir que no hay solo un sitio de enlace SPOP en Pdx1, pero dos. Se sabe que SPOP generalmente se une a múltiples sitios en las proteínas que controla, por lo que este resultado fue muy satisfactorio porque alinea la regulación de Pdx1 con la comprensión más general de la comunidad sobre cómo funciona SPOP. Después de que encontramos el segundo sitio de unión, Usamos cristalografía de rayos X para obtener imágenes del complejo que se forma cuando SPOP se une a Pdx1 en estos sitios de unión recién descubiertos. Esta estructura reveló que, aunque una secuencia inusual de aminoácidos en Pdx1 estaba involucrada en la unión de SPOP, los detalles geométricos y químicos en realidad eran muy similares a las estructuras previamente determinadas. Nuestros resultados sugieren que la definición anterior de un sitio de unión de SPOP era demasiado estrecha.

Usher:Ahora tenemos una mejor comprensión de las reglas químicas que definen si una secuencia es un buen candidato para unirse o no. Nuestra estructura también sugiere un mecanismo plausible para interrumpir la unión de Pdx1 por SPOP cuando esta interacción no es deseada, por ejemplo, cuando se necesita Pdx1 para producir más insulina.

P:¿Por qué son importantes estos hallazgos?

Showalter:Es importante comprender los detalles moleculares de los procesos biológicos como la producción de insulina dependiente de la glucosa y cómo se regulan porque estos son los factores decisivos entre la salud normal y la enfermedad. Comprender las secuencias a las que se une SPOP nos ayuda a predecir por qué ciertas variaciones genéticas pueden predisponer a las personas y familias que las portan a desarrollar diabetes. Similar, aclarando las reglas que utiliza SPOP para identificar las proteínas a las que debe unirse y regular, podemos predecir mejor otras proteínas que regula. También podemos predecir cómo las variaciones que ocurren naturalmente en sus secuencias de aminoácidos pueden interrumpir la unión normal de SPOP, conduciendo a resultados de salud deficientes.

Usher:SPOP también es conocido por su papel en ciertos cánceres, incluyendo cáncer de próstata y endometrio. Aunque más allá del alcance de nuestro trabajo actual, Definir mejor cómo SPOP selecciona a los socios vinculantes probablemente también afectará la investigación futura en esta área.