Descripción sistemática de funciones génicas hasta ahora desconocidas
El mayor estudio de proteómica celular de células de levadura revela datos fundamentales
Un proteoma es el conjunto de todas las moléculas proteicas activas presentes en un organismo, un determinado tipo de tejido o una célula en unas condiciones específicas y en un momento determinado. Ahora, un equipo internacional de investigadores dirigido por miembros de la Charité - Universitätsmedizin de Berlín, el Instituto Francis Crick de Londres, la Universidad de Edimburgo y la Universidad de Zúrich ha construido el mayor mapa proteómico celular hasta la fecha, utilizando levaduras como organismos modelo. Ofrece una visión de genes hasta ahora no estudiados y de las formas en que las proteínas se expresan y regulan en función de su codificación. El estudio aparece en el último número de la revista Cell.
A pesar de décadas de investigación, la función de muchos genes sigue siendo desconocida, lo que limita nuestra comprensión de ciertas enfermedades, algunas de ellas raras, y dificulta el desarrollo de nuevas terapias. En el caso de las levaduras y las células bacterianas, se carece de los conocimientos fundamentales necesarios para desarrollar los nuevos antimicrobianos que se necesitan con urgencia ante el aumento de la tolerancia y la resistencia a los fármacos. El estudio actual es uno de los más amplios del mundo sobre proteómica. El equipo de investigadores estudió células de levadura para hacerse una idea más precisa y detallada del papel de genes que hasta ahora no se habían asociado a funciones específicas. El objetivo es obtener información crítica para interpretar las ramificaciones de las mutaciones genéticas y ayudar a colmar lagunas diagnósticas. El objetivo de los investigadores era investigar en detalle cómo se expresan y regulan determinadas proteínas, lo que en última instancia también debería ayudar a sentar las bases para desarrollar nuevos fármacos.
Resumen visual de cómo la eliminación de todos los genes no esenciales afecta al comportamiento del proteoma restante de la levadura en ciernes. Cada flecha del gráfico representa un proceso biológico diferente (un "Gene Ontology") y conecta el gen eliminado con los genes que responden. Esta información puede ayudar a los investigadores a comprender cómo interactúan entre sí los diferentes genes y procesos, y puede proporcionar información sobre el proceso en el que está implicado un gen hasta ahora desconocido.
© Charité | Institut für Biochemie
El Dr. Markus Ralser, autor principal del estudio y Director del Instituto de Bioquímica y Catedrático Einstein de Bioquímica de la Charité, explica: "Utilizamos una colección de cepas de levadura generada por un consorcio internacional, en la que faltaban todos los genes no esenciales de al menos una cepa. A continuación utilizamos la espectrometría de masas, una tecnología que puede cuantificar miles de proteínas en paralelo, para caracterizar cada una de las cepas, lo que dio lugar al mayor estudio proteómico realizado hasta la fecha." El estudio reveló los principios generales que rigen la expresión de las proteínas, incluida la identificación para miles de proteínas de cómo su función o sus propiedades biofísicas se relacionan con la expresión.
La investigación también generó muchos datos sobre proteínas hasta entonces poco estudiadas. Esto dio lugar al desarrollo de nuevos métodos para asignar la función de los genes. La espectrometría de masas, y especialmente las técnicas proteómicas específicas desarrolladas por Ralser y su equipo en los últimos años, ayudaron a determinar las cantidades de proteínas específicas presentes en las cepas individuales de levadura en ausencia de todos los genes no esenciales. "La investigación tiene el potencial de mejorar fundamentalmente nuestra comprensión de la biología celular, aportando nuevos conocimientos sobre la función génica en las formas de vida cuyas células tienen núcleo, que se conocen como eucariotas", afirma el Dr. Georg Kustatscher, que contribuyó al estudio analizando el gran conjunto de datos con su grupo de investigación de la Universidad de Edimburgo. "Los proteomas registrados en el estudio contienen información clave sobre posibles nuevas dianas farmacológicas, lo que permite albergar esperanzas sobre futuras opciones de tratamiento".
El amplio estudio ha sido posible gracias a la colaboración entre equipos de investigación de Charité, el Instituto Francis Crick y la Universidad de Edimburgo. Los laboratorios de Cambridge y de la Universidad de Toronto también han contribuido con tecnologías proteómicas esenciales y métodos de genómica funcional pioneros utilizados en el estudio. El Dr. Christoph Messner, responsable inicial del estudio en el Instituto Francis Crick de Londres y actual jefe de grupo en la Universidad de Zúrich, señala: "Para nuestra sorpresa, el estudio reveló además que la respuesta de una proteína a estas mutaciones depende más de sus propiedades biofísicas que de su función. Esto abre una nueva vía para el análisis de grandes conjuntos de datos biológicos, que hoy en día ya suelen recopilarse mediante técnicas avanzadas de secuenciación o espectrometría de masas, pero que aún así pueden resultar difíciles de interpretar." Los investigadores concluyen así que su estudio tendrá implicaciones de gran alcance para las biociencias.
Esta investigación ha proporcionado información crítica sobre la función de los genes y la expresión de las proteínas, allanando el camino para futuros avances en el campo de la microbiología. El equipo trabaja ahora en la realización de un estudio similar en células humanas, con el objetivo de generar más información sobre genes hasta ahora desconocidos. Los investigadores también pretenden relacionar los mapas del proteoma de la levadura con otros datos moleculares para ayudar a desarrollar mejores terapias antifúngicas.
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