Aprovechar la organización de la superficie celular
Científicos de la ETH de Zúrich han desarrollado un nuevo método para determinar cómo se organizan las proteínas en la superficie de las células. La información obtenida con esta tecnología podría conducir al desarrollo de nuevos fármacos para combatir el cáncer.
Computergrafik: Science Photo Library
Las células biológicas tienen múltiples funciones y necesitan comunicarse entre sí para coordinarlas. Las moléculas de la superficie celular son fundamentales en este proceso. Durante décadas, los biólogos han estudiado estas proteínas de superficie y cada vez está más claro que no sólo su presencia, sino también su organización en la superficie celular, es crucial para la función de una célula.
"Las proteínas no se distribuyen simplemente de forma uniforme e independiente unas de otras en la superficie de la célula, sino que se organizan en comunidades moleculares. En estas comunidades, las proteínas suelen trabajar juntas para cumplir funciones celulares", explica Bernd Wollscheid, profesor del Instituto de Medicina Traslacional de la ETH de Zúrich. Junto con un amplio equipo interdisciplinar que incluye otros investigadores de la ETH de Zúrich y otras instituciones, el estudiante de doctorado de Wollscheid, Maik Müller, ha desarrollado ahora una tecnología que puede utilizarse para descubrir la organización de las moléculas de la superficie celular.
¿Quién ha recibido un beso?
Con esta tecnología, denominada LUX-MS, los investigadores pueden determinar con una precisión a escala nanométrica cómo se integran las proteínas en una organización de la superficie celular, es decir, qué proteínas están cerca unas de otras. Hasta ahora, los científicos podían medir las interacciones de las proteínas individuales que tienen una gran afinidad entre sí, así como de las moléculas que residen en el interior de la célula. Sin embargo, el nuevo método es el primero que permite a los científicos detectar específicamente la organización de la totalidad de las moléculas de la superficie celular. Wollscheid se refiere a esta totalidad como el "surfaceoma". El término está compuesto por la palabra "superficie" y el sufijo "-ome", que también se utiliza en términos como genoma o proteoma.
Con un brillo en los ojos, Wollscheid explica el principio del método de la siguiente manera: "Modificamos específicamente una molécula de superficie concreta para que le guste "dar besos" a las moléculas que se encuentran en su proximidad, y luego comprobamos las demás moléculas de superficie en busca de rastros de carmín". En términos más técnicos, se une un pequeño compuesto químico a una proteína de interés. Cuando se irradia con luz, este compuesto produce pequeñas cantidades de lo que se conoce como moléculas reactivas de oxígeno, que oxidan las proteínas de la superficie en las inmediaciones. Mediante un método de enriquecimiento específico y la espectrometría de masas, en combinación con el análisis estadístico de datos, los científicos pueden identificar en última instancia qué moléculas se han oxidado.
Para determinar la distancia entre la proteína de interés y las demás moléculas, los investigadores repiten sus experimentos en condiciones ligeramente modificadas que afectan a la cantidad y al tiempo de supervivencia de las moléculas de oxígeno reactivo. Entre ellas se encuentran la duración de la irradiación con luz y la elección del medio en el que se cultivan las células. Cuanto más oxígeno reactivo se genere localmente y cuanto más tiempo se prolongue ese proceso, más amplia será la zona en la que se oxiden las moléculas superficiales.
Fármacos más eficaces contra el cáncer
Wollscheid y sus colegas utilizarán ahora esta tecnología para comparar células de personas sanas y enfermas. "Intentamos comprender cómo una enfermedad cambia la organización de las proteínas a nivel celular, por ejemplo, cuando una célula sana se transforma en una célula cancerosa", explica Wollscheid. Los científicos están creando un mapa de referencia de las células sanas. Después piensan utilizarlo para identificar las diferencias en la organización de las comunidades de proteínas en la superficie de las células enfermas.
Saber qué moléculas existen en la superficie de las células y cómo están organizadas podría ser importante en áreas como el desarrollo de nuevos fármacos para combatir el cáncer. Los fármacos modernos contra el cáncer emplean un agente que mata las células, a menudo acoplado a un anticuerpo que reconoce una molécula de superficie presente en grandes cantidades en las células cancerosas. Esto significa que las células cancerosas son eliminadas con un grado razonable de especificidad. Sin embargo, muchas moléculas de superficie específicas del cáncer también se encuentran en las células sanas, aunque en concentraciones más bajas, lo que provoca que estos fármacos también maten algunas células sanas.
Si se descubriera que dos moléculas son adyacentes sólo en una célula enferma pero no en una sana, se podrían desarrollar fármacos que reconocieran estas dos moléculas juntas. El fármaco sólo mataría una célula si ambas moléculas estuvieran presentes en ella y fueran adyacentes. Esta es precisamente la información que proporciona la nueva tecnología.
Un amplio abanico de aplicaciones
En el trabajo publicado, los científicos demostraron que las posibilidades de uso de este método van más allá de las investigaciones sobre las moléculas de la superficie celular que se encuentran una al lado de la otra. También marcaron virus y fármacos con el pequeño compuesto químico que produce el oxígeno reactivo. Esto permite a los investigadores estudiar los eventos de unión de los virus o los fármacos a las células. Además, el método permite investigar qué comunidades de proteínas intervienen en la interacción entre dos células diferentes. Los científicos lo demostraron con el ejemplo de la comunicación entre células inmunitarias. "De este modo, el nuevo método puede ayudar a comprender cómo funcionan los fármacos y cómo los virus o las células inmunitarias reconocen a otras células", afirma Müller, estudiante de doctorado de la ETH. "El método es, por tanto, de gran utilidad para la investigación en las universidades y en la industria".
Müller y Wollscheid desarrollaron y probaron el nuevo método en una colaboración interdisciplinaria que incluye a los profesores de la ETH de Zúrich Martin Loessner, Annette Oxenius, Jeffrey Bode, Erick Carreira y Berend Snijder. También han contribuido al estudio, publicado en la revista Nature Communications, investigadores de la Universidad de Zúrich, la Universidad de Michigan y una empresa estadounidense de desarrollo de medicamentos. Los científicos han transferido la nueva tecnología a una empresa derivada, que ahora planea utilizarla para desarrollar nuevos fármacos no sólo contra proteínas de superficie individuales, sino contra comunidades de proteínas completas.
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.
Publicación original
Müller M, Gräbnitz F, Barandun N, Shen Y, Wendt F, Steiner SN, Severin Y, Vetterli SU, Mondal M, Prudent JR, Hofmann R, van Oostrum M, Sarott RC, Nesvizhskii AI, Carreira EM, Bode JW, Snijder B, Robinson JA, Loessner MJ, Oxenius A, Wollscheid B: Light-mediated discovery of surfaceome nanoscale organization and intercellular receptor interaction networks, Nature Communications, 2. Dezember 2021
Bausch-Fluck D, Milani ES, Wollscheid B: Surfaceome nanoscale organization and extracellular interaction networks, Current Opinion in Chemical Biology 2019, 48: 26
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