Las proteínas heroicas están aquí para salvar a otras proteínas
Un nuevo grupo de proteínas previene los peligrosos cúmulos asociados a las enfermedades neurodegenerativas
Los investigadores de la Universidad de Tokio han descubierto un nuevo grupo de proteínas, notable por su forma inusual y su capacidad de proteger contra los grupos de proteínas asociados con las enfermedades neurodegenerativas en los experimentos de laboratorio. Las proteínas Hero son resistentes al calor y están muy extendidas en animales, desde insectos hasta humanos.
Los daños (diablos rojos) como la desecación, los productos químicos fuertes o el calor normalmente hacen que las proteínas se vuelvan inestables y pierdan su forma y función adecuadas (lado izquierdo, naranja). Los investigadores de la Universidad de Tokio han caracterizado las proteínas Héroe (rosa, púrpura, verde), proteínas largas y flexibles que protegen a otras proteínas (lado derecho, naranja).
Illustration by Kotaro Tsuboyama, CC BY 4.0
La mayoría de las proteínas tienen pliegues y torsiones bien definidos que forman una estructura rígida, pero el nuevo tipo tiene una estructura larga y flexible en forma de cuerda. Los investigadores encontraron la primera de estas extrañas proteínas en las moscas y la nombraron usando una combinación de una palabra japonesa informal que significa débil o no rígido y el sufijo diminuto normalmente unido a los nombres de los jóvenes, "hero-héroe kun".
Años más tarde, los investigadores se dieron cuenta de que el nombre también encajaba con el significado inglés de "héroe", un valiente defensor.
El equipo de UTokio informa ahora que las proteínas Héroe pueden proteger otras proteínas, extender la vida de las moscas de la fruta en un 30 por ciento y proteger tanto a las moscas de la fruta como a las neuronas motoras humanas cultivadas en el laboratorio de peligrosas agrupaciones de proteínas, como las observadas en pacientes con enfermedades neurodegenerativas.
Un descubrimiento improbable
La proteína Héroe fue identificada por accidente alrededor del 2011 cuando el entonces estudiante de postgrado Shintaro Iwasaki se encontró con una proteína inusualmente resistente al calor que incrementó la estabilidad de Argonauta, la proteína del centro de los estudios del laboratorio. Iwasaki ahora dirige su propio laboratorio en RIKEN.
"Era algo genial saber que una proteína extraña, extremadamente desordenada y resistente al calor mejoraba el comportamiento de Argonauta, pero su relevancia biológica no estaba clara y, además, la secuencia de la proteína parecía no estar relacionada con nada más. Por lo tanto, no sabíamos qué hacer a continuación y simplemente decidimos ponerla en la estantería hasta años más tarde", dijo el profesor Yukihide Tomari, líder del laboratorio de investigación y último autor del artículo publicado en PLOS Biology.
Finalmente, Kotaro Tsuboyama vio la proteína kun de héroe bajo una nueva luz, inicialmente después de unirse al laboratorio como estudiante de doctorado y ahora como investigador postdoctoral.
Héroes disfrazados
Las proteínas con funciones similares suelen tener secuencias de aminoácidos similares incluso entre especies diferentes; los expertos llaman a esto conservación evolutiva.
La falta de conservación evolutiva que el equipo de Tomari encontró cuando identificó por primera vez el kun de los héroes parece ser una característica definitoria de las proteínas de los héroes, lo que hace difícil predecir su función o incluso su identidad.
Para descubrir la verdadera identidad de más proteínas Héroe, los investigadores cultivaron células humanas y de la mosca de la fruta en el laboratorio, hicieron extractos de las células y luego simplemente las hirvieron.
Las altas temperaturas normalmente debilitan las interacciones químicas que sostienen la estructura de una proteína, causando que se despliegue y se agrupe junto con otras proteínas desplegadas.
"Las proteínas son generalmente dañadas por el calor, pero encontramos que las proteínas Héroe permanecen intactas incluso a 95 grados centígrados sin perder su función. Es un poco extraño, por lo que creo que nadie ha caracterizado cuidadosamente estas proteínas antes", dijo Tsuboyama.
A continuación, los investigadores utilizaron una técnica analítica llamada espectrometría de masas para identificar cualquier proteína que permaneciera en los tubos de ensayo hervidos.
Encontraron cientos de proteínas Héroe en las moscas de la fruta y en los humanos.
Héroes al rescate
Tsuboyama seleccionó seis proteínas Héroe para estudiarlas en detalle.
Cuando algunas de las seis proteínas Hero se mezclaron con otras proteínas "clientes", éstas mantuvieron su forma y función a pesar del calor intenso, el secado o las sustancias químicas agresivas que normalmente las destruirían.
En experimentos realizados con células nerviosas motoras humanas cultivadas en laboratorio, los altos niveles de proteínas Hero impidieron que las células desarrollaran los grupos de proteínas característicos de la enfermedad neurodegenerativa esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y restauraron sus patrones de crecimiento normales.
Los grandes y sensibles ojos de las moscas de la fruta se usan a menudo como modelos de enfermedades, porque están deformados por las mutaciones que causan la neurodegeneración en los humanos. Los investigadores observaron que el aumento de la actividad de los héroes protegía los ojos de las moscas de las deformaciones causadas por los grupos de proteínas asociadas con la ELA. Por el contrario, la eliminación de la actividad normal de los héroes causó defectos en el desarrollo del ojo de la mosca.
Además, los investigadores encontraron pruebas de que las proteínas Héroe pueden promover la longevidad cuando modificaron genéticamente moscas de la fruta sanas para tener altos niveles de proteínas Héroe individuales en todo su cuerpo. Sorprendentemente, algunas proteínas Héroe hicieron que las moscas vivieran un 30 por ciento más de vida.
"Parece que las proteínas Héroe existen naturalmente para mantener a otras proteínas felices", dijo Tomari.
Para continuar...
"Vimos muchos efectos positivos, pero hasta ahora, no encontramos ningún 'superhéroe' entre esas seis proteínas Hero que pueda estabilizar todas las proteínas clientes. Algunas proteínas Héroe son buenas para algunos clientes, y otras son buenas para otros clientes", dijo Tsuboyama.
Los investigadores están planificando futuros experimentos para identificar cualquier patrón o regla sobre qué proteínas Héroe ayudan a qué moléculas clientes en los organismos vivos.
"Esperamos que, a largo plazo, las proteínas Héroe puedan ser útiles para aplicaciones biotecnológicas y terapéuticas", dijo Tomari.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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