Un método innovador para estudiar el transporte celular

Las proteínas de membrana son dianas clave para muchos fármacos. Se encuentran entre el exterior y el interior de nuestras células. Algunos de ellos, llamados «portadores», hacen que ciertas sustancias entren o salgan del medio ambiente. Extraerlos y guardarlos para su observación es particularmente complejo. Un equipo de la Universidad de Ginebra (La Universidad de Ginebra (UNIGE) es la universidad pública del cantón de Ginebra en…) (UNIGE), en colaboración con la Universidad de Zúrich (La Universidad de Zúrich (en alemán: Universität Zürich) es la universidad…) (UZH), ha desarrollado un método innovador para estudiar con precisión su estructura en su entorno natural, la célula. Esta técnica se basa en la espectroscopia de resonancia de espín (el espín es una propiedad cuántica intrínseca asociada con cada…) electrónica. Estos resultados, publicados en la revista Science Advances, podrían facilitar el desarrollo de nuevos fármacos.

Los nanocuerpos (grises) con sondas magnéticas (estrellas rojas) apuntan a la proteína de membrana deseada. © Enrica Bordignon

Dentro de los organismos vivos, cada célula está envuelta por una membrana celular (o «membrana citoplasmática»). Compuesta por una doble capa de lípidos, esta membrana separa el contenido de la célula de su entorno directo y regula las sustancias que pueden entrar o salir de ella. . Las proteínas unidas a esta membrana se denominan «proteínas de membrana».

Situadas en la interfaz (Una interfaz es una zona, real o virtual, que separa dos elementos. La interfaz…) entre el exterior y el interior de la célula, proporcionan transporte (Transporte es el hecho de llevar algo, o a alguien , de un lugar a otro, la mayoría…) de diversas sustancias a través de la membrana – hacia dentro o hacia fuera de la célula – y juegan un papel crucial en la señalización celular, es decir, en el sistema de comunicación (La comunicación concierne tanto a los humanos (intrapsíquica , comunicación interpersonal, etc.) de las células que les permite coordinar sus procesos metabólicos, su desarrollo y su organización (Una organización es) Por tanto, las proteínas de membrana suponen más del 60% de las dianas farmacológicas actuales.

Objetos que son difíciles de estudiar.

El estudio biofísico (la biofísica es una disciplina en la interfaz de la física y la biología donde las herramientas…) de su estructura – la organización espacial de sus aminoácidos constituyentes – es por lo tanto esencial. Para caracterizarlos, los científicos deben extraer estas proteínas de la membrana celular que las alberga y aislarlas de todas las demás proteínas. Una vez extraídas, las proteínas de membrana no pueden estudiarse en soluciones acuosas. Deben mantenerse en soluciones líquidas compuestas por detergentes. También se pueden insertar en membranas artificiales llamadas «nanodiscos», compuestas de proteínas y lípidos, o en membranas lipídicas puras.

En todos los casos, estas estrategias los alejan de su entorno fisiológico y no permiten observar de cerca su funcionamiento in situ. Las proteínas fuera de su entorno nativo pueden exhibir diferentes propiedades estructurales, lo que puede inducir a error en el desarrollo de fármacos.

Un método revolucionario

Un equipo de UNIGE dirigido por Enrica Bordignon, Profesora Titular en el Departamento de Química Física (La química física es el estudio de las bases físicas de los sistemas químicos y…) de la Facultad de Ciencias de UNIGE, en colaboración con Markus A. Seeger, Asociado Profesor en el Instituto (Un instituto es una organización permanente establecida para un propósito determinado. Es…) de Microbiología (La Microbiología es una subdisciplina de la biología basada en el estudio de…) de UZH, ha desarrollado un nuevo método para observar proteínas de membrana en acción en células vivas; más concretamente, en las membranas internas de las células de la bacteria intestinal E. coli. Para lograrlo, el equipo de investigación (Investigación científica designa en primer lugar a todas las acciones emprendidas con el fin de…) se apoyó en una “herramienta (Una herramienta es un objeto terminado utilizado por un ser vivo con el fin de aumentar su …)» específico: nanocuerpos.

“Son fragmentos de anticuerpos capaces de reconocer de forma muy eficaz una diana específica, como un antígeno (Un antígeno es una macromolécula natural o sintética, reconocida por…) o en nuestro caso un portador (Un portador dirige una empresa comercial especializada en la transporte de…) membrana, y unirse a ella», explica Enrica Bordignon. Así, los científicos produjeron nanocuerpos artificialmente para un transportador de membrana específico y los utilizaron para explicar directamente su estructura. «Insertados en células de E. coli, dos nanocuerpos se dirigen a la proteína de membrana deseada al nivel de la membrana interna (en Francia, este nombre designa a un médico, un farmacéutico o un cirujano dental, en…) de la célula y se adjunta», especifica Markus A. Seeger. El equipo multidisciplinario también incluyó a científicos de la Universidad Ruhr (Una universidad es una institución de educación superior cuyo objetivo es el…) del Ruhr en Bochum (centro de excelencia resolv) y de la Universidad de ‘Osnabrueck, Alemania, y la University of Southampton (La Universidad de Southampton es una universidad británica ubicada en el …), Reino Unido.

Nuevas dianas para ciertos fármacos

De antemano, una pequeña sonda magnética (Una sonda espacial es una nave no tripulada enviada por el Hombre para explorar…) magnética (una molécula (Una molécula es un conjunto químico eléctricamente neutro de al menos dos átomos, que…) que lleva electrones desapareados ) se unió a cada nanocuerpo. «Cuando dos nanocuerpos se unen al transportador, podemos medir la distancia entre las dos sondas magnéticas en las células utilizando nuestros métodos EPR», explica Enrica Bordignon. Esta técnica se denomina más precisamente «espectroscopia de resonancia paramagnética de electrones» (EPR) o «resonancia de espín de electrones». La distancia medida es del orden de un nanómetro (una millonésima de milímetro).

“Por primera vez, hemos logrado obtener una imagen clara de la conformación (en química, la conformación de una molécula es la disposición espacial de los átomos que la componen…) de una proteína de membrana en su entorno real. y pudimos seguir el cambio inducido (La armadura es un órgano electromagnético generalmente utilizado en ingeniería eléctrica cargado con…) cuando modificamos un solo aminoácido (Un aminoácido es una molécula orgánica con un esqueleto de carbono y… ) en otro», se regocija Enrica Bordignon. «El desarrollo (Graphy) de esta nueva estrategia (La estrategia – del griego stratos que significa «ejército» y ageîn que significa…) es el fruto (En botánica, el fruto es el órgano vegetal que protege a la semilla… .) excelente y estimulante (Un estimulante es una sustancia que aumenta la actividad del sistema nervioso simpático…) trabajo en equipo entre nuestros dos grupos en UNIGE y UZH. En particular, es la resiliencia de los dos primeros autores, la Dra. Laura Galazzo (UNIGE) y el Dr. Gianmarco Meier (UZH), que hicieron de este proyecto (Un proyecto es un compromiso irreversible de resultado incierto, no reproducible a…) un éxito después de cinco años de investigación», destaca el científico (Un científico es un persona que se dedica al estudio de una ciencia o ciencias y que…).

Esta nueva estrategia permite una determinación mucho más precisa de las propiedades de las proteínas de membrana en su entorno directo. Ofrece de manera más amplia la posibilidad de comprender mejor cómo estos aseguran el transporte de determinadas sustancias hacia el interior y el exterior de la célula. Este método también tiene la ventaja de ser fácilmente transponible a células de mamíferos. En particular, podría utilizarse para comprender mejor y, por lo tanto, orientar mejor las proteínas de membrana que rechazan ciertos fármacos contra el cáncer (el cáncer es una enfermedad caracterizada por una proliferación celular anormal…) fuera de la célula, y así luchar contra los fenómenos de resistencia a múltiples fármacos.

Publicación:
Esta investigación se publica en Science Advances
DOI: 10.1126/sciadv.abn6845

contactos:
– Enrica Bordignon – Profesora ordinaria. Departamento de Química (La Química es una ciencia natural dividida en varias especialidades, a…) Física (Física (del griego φυσις, naturaleza) es etimológicamente…). Facultad de Ciencias. UNIGE – enrica.bordignon@unige.ch
– Markus A. Seeger – Profesor Asociado. Instituto de Microbiología Médica UZH – m.seeger@imm.uzh.ch

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