Investigan proteínas que se agregan sin perder su estructura

Los investigadores del grupo de investigación en Reactividad Molecular y Diseño de Fármacos de la Universidad de las Illes Balears (UIB) han publicado un artículo en la revista Biomacromolecules en el que explican el mecanismo molecular mediante el que se da la agregación y depósito de proteínas que previamente han sido modificadas con azúcares.

La elucidación de este mecanismo abre las puertas a futuras investigaciones centradas en el diseño de inhibidores del desarrollo de enfermedades neurodegenerativas asociadas a la diabetes mellitus del tipo II.

Estos trabajos de investigación han sido realizados en la UIB por Laura Mariño y Miquel Adrover, Pilar Sanchis, Bartomeu Vilanova, Josefa Donoso, Francisco Muñoz, con la colaboración de los Servicios Cientificotécnicos de la institución. También han participado investigadores de la Universidad Libre de Bruselas (Bélgica) y de la Universidad de Twentee (Holanda).

Proteínas: estructura y función

Las proteínas son macromoléculas que desarrollan un papel fundamental en la vida, ya que prácticamente todos los procesos biológicos dependen de ellas. La diversidad de funciones que llevan a cabo viene condicionada por su estructura. Así, el pliegue tridimensional es esencial para que cada proteína pueda llevar a cabo correctamente sus funciones biológicas.

Si una proteína pierde su estructura, suele ser incapaz de realizar su función, lo que implica el desarrollo de alguna patología. El estado desplegado (o desnaturalizado) que se deriva de ello supone en muchos casos la exposición de zonas estructurales hidrófobas que tienden a asociarse entre sí mediante la formación de agregados moleculares, que acaban precipitando y depositándose en las células, e interfieren su función.

Tanto es así que el depósito in vivo de estos agregados es responsable del desarrollo de enfermedades neuronales que hoy en día presentan una elevada prevalencia social, como son las enfermedades de Alzheimer, de Parkinson o la de Creutzfeldt-Jakob.

Diabetes mellitus y enfermedades neurodegenerativas

La diabetes mellitus es una patología que lleva asociada la hiperglucemia, como consecuencia de la acción deficiente o inexistente de la insulina. Dicho incremento en los niveles de glucosa es responsable directo del desarrollo de muchas de las patologías asociadas a la diabetes, como la retinopatía, la nefropatía o la cardiopatía diabética. Estas patologías aparecen como consecuencia de la reacción de la glucosa con diferentes proteínas, hecho que lleva asociado la modificación y alteración de su función.

Este proceso se conoce como glicación e implica la formación de unos compuestos aromáticos sobre las lisinas y argininas proteicas, conocidos como productos finales de la glicación o AGE. La acumulación de los AGE ha sido directamente correlacionada con el desarrollo de las patologías asociadas clásicamente a la diabetes mellitus.

Más recientemente se ha visto también que las personas que sufren diabetes mellitus del tipo II (caracterizada por una acción deficiente de la insulina) experimentan una mayor predisposición que las personas no diabéticas a desarrollar enfermedades neurodegenerativas como las de Alzheimer, de Parkinson o de Creutzfeldt-Jakob.

El análisis histológico de los agregados proteicos aislados de personas diabéticas que habían sufrido procesos neurodegenerativos demostró que estos contenían un gran número de AGE. Por lo tanto, se asumió que la glicación inducía al despliegue proteico y la agregación. Así, la glicación fue considerada como el hecho desencadenante de las patologías neurodegenerativas asociadas a la diabetes mellitus.

¿Cómo puede la glicación inducir a la agregación proteica?

A pesar de que la comunidad científica asumió que la glicación inducía al despliegue proteico y facilitaba la agregación y el depósito proteico, este hecho solo fue demostrado mediante la utilización de técnicas espectroscópicas de baja resolución. Hasta la fecha no se había analizado al nivel residual el impacto de la glicación sobre la estructura proteica, o bien cómo la formación de AGE podía afectar la agregación por si misma, sin tener en cuenta el despliegue proteico.

Con la finalidad de entender mejor los mecanismos moleculares que correlacionan la glicación con la agregación, el grupo de Reactividad Molecular y Diseño de Fármacos de la UIB ha estudiado en profundidad la glicación de la lisozima mediante la ribosa. La lisozima es una enzima presente en la mayoría de organismos superiores y en multitud de tejidos y fluidos (lágrimas, leche, orina, sudor, mucosas, etc.).

Esta proteína no presenta una tendencia natural a la agregación, aunque su mutación hace que sea el principal componente de los agregados que inducen a patologías como la amiloidosis sistemática hereditaria no neuropática y la amiloidosis renal hereditaria. Por otra parte, se ha observado que la ribosa, un glúcido mucho más reactivo que la glucosa, incrementa notablemente su concentración en los diabéticos y que su administración exógena aumenta las proteínas glicadas en el plasma.

Los trabajos realizados en la UIB han demostrado que la glicación de la lisozima mediante ribosa induce rápidamente a su agregación. Este proceso lleva asociada la formación y estabilización de unos agregados de morfología esférica, que mantienen la estructura nativa de la proteína y presentan una elevada capacidad para disminuir la viabilidad de un determinado tipo de células neuronales.

La utilización combinada y complementaria de un amplio abanico de técnicas experimentales, especialmente la resonancia magnética nuclear (RMN), ha permitido a los investigadores de la UIB describir exactamente el mecanismo molecular de este proceso. Así, se ha demostrado que la glicación de la lisozima mediante ribosa no inducía al despliegue proteico, pero si que implicaba cambios en las propiedades químicas y físicas de la superficie de la lisozima, e incrementaba las zonas superficiales con carácter hidrofóbico debido a la formación de los AGE. Este efecto estimula las interacciones intermoleculares de carácter hidrófobo, y estas son las responsables de la agregación de la lisozima sin que haya la necesidad de que pierda su estructura nativa.

Los resultados alcanzados por los investigadores de la UIB presentan implicaciones fundamentales para el futuro diseño de estrategias terapéuticas para combatir los procesos neurodegenerativos asociados a la diabetes mellitus. Así, se demuestra por primera vez que no es tan importante buscar inhibidores del despliegue proteico inducido por la glicación, sino que las investigaciones de carácter farmacológicos se deben centrar en compuestos que dificulten las interacciones hidrófobas guiadas por los AGE.