Un equip de l’Institut de Neurociències de la Universitat de Barcelona ha participat en el disseny del primer gran mapa de xarxes d’interaccions dels receptors acoblats a la proteïna G (GPCR) en humans, el grup més gran de proteïnes de membrana que controlen funcions essencials de les cèl·lules (metabolisme, proliferació, diferenciació, etc.).
El nou mapa d’interaccions —o interactoma— de GPCR, el més extens descrit fins avui en aquest grup de proteïnes, és un pas endavant per conèixer l’origen d’algunes patologies neurològiques (Parkinson, Alzheimer, esquizofrènia, epilèpsia i alguns neurogliomes). Conèixer amb detall com es connecten aquestes proteïnes entre si també ajudarà a identificar noves dianes terapèutiques, dissenyar fàrmacs futurs i comprendre els efectes perjudicials associats als medicaments actuals.
En la recerca, publicada a la revista Molecular System Biology i dirigida per Igor Stagljar, de la Universitat de Toronto (Canadà), hi participen els investigadors Francisco Ciruela, Jorge Gandía i Xavier Morató, de la Facultat de Medicina i Ciències de la Salut de la Universitat de Barcelona, l’Institut de Neurociències de la UB i l’Institut d’Investigació Biomèdica de Bellvitge (IDIBELL), entre altres experts.
Cap proteïna actua per si sola; per això, l’estudi de les interaccions entre proteïnes és fonamental per entendre la complexitat de la xarxa de funcions cel·lulars i fisiològiques en els éssers vius. Conèixer la topologia i els patrons de connectivitat entre proteïnes aporta una visió essencial per comprendre la biologia sistèmica dels éssers vius. La idea de l’interactoma —és a dir, la xarxa d’interaccions funcionals entre proteïnes— va ser definida per primer cop el 1999 (Sánchez et al., Nucleic Acids Research), i l’any 2000 es van publicar els primers resultats d’un interactoma o interaccions proteïna-proteïna (Schwikowski et al., Nature Biotechnology).
Els receptors acoblats a la proteïna G (GPCR) són una família de centenars de proteïnes de membrana biològiques que estan implicades en la transducció de senyals cel·lulars. Aquestes estructures estan completament immerses en les membranes cel·lulars, fet que en dificulta l’estudi i la manipulació en estudis experimentals.
«Aquest nou treball presenta el primer mapa a gran escala de l’interactoma per a la família GPRC en humans. En total, l’interactoma descriu 987 noves interaccions proteïna-proteïna en què participen els GPCR i que es produeixen entre 686 proteïnes, 299 de les quals són proteïnes integrals de membrana», detalla el professor Francisco Ciruela.
Tradicionalment, per determinar els interactomes de manera experimental es fan servir dues aproximacions metodològiques: el sistema de doble híbrid en llevat (YTH) i la purificació d’afinitat acoblada a espectrometria de masses (TAP/MS). No obstant això, en alguns casos la metodologia aplicada altera les propietats de l’entorn cel·lular i, per tant, de les proteïnes i de l’interactoma. La tècnica del doble híbrid de membrana en llevat (MYTH), un protocol innovador aplicat en el nou estudi, ha solucionat aquesta greu limitació experimental.
«Gràcies al protocol MYTH
—apunta Ciruela—, que és una modificació del sistema clàssic de doble híbrid en llevat (YTH), hem pogut estudiar proteïnes integrals de membrana senceres, com ara els GPCR, en el seu entorn cel·lular de membrana. Entre altres resultats obtinguts, s’ha pogut definir l’interactoma de 48 GPCR diferents amb la tècnica MYTH».
Interactomes i xarxes biològiques són elements d’avantguarda en la recerca bàsica per identificar possibles dianes d’interès farmacològic. Per elaborar aquestes xarxes interactòmiques de proteïnes d’alta fiabilitat, cal constatar la interacció i l’associació funcional entre proteïnes amb procediments complementaris. En el nou treball, el mapa interactòmic definit amb el sistema MYTH també ha superat una segona ronda de validació amb el mateix sistema MYTH, que ajuda a definir un llistat refinat de companys d’interacció per a cada receptor. Posteriorment, un nombre important d’aquestes interaccions es validen en cèl·lules humanes en cultiu. Així doncs, es van validar 40 de les interaccions descrites per MYTH.
En un últim pas de l’estudi, també es van validar de manera funcional dues de les connexions descrites i vinculades amb la malaltia de Parkinson: la del receptor de serotonina 5-HT4d amb els receptors GPRIN2 i GPR37 —un treball de l’equip dirigit per Ralf Jockers, de la Universitat de París Descartes (França)— i la del receptor A2A d’adenosina i el receptor GPR37, una destacada contribució científica de l’equip de la UB i de l’IDIBELL al treball internacional.
Els experts de la UB-IDIBELL van caracteritzar la interacció molecular del receptor A2A d’adenosina amb el receptor orfe GPR37 —una molècula associada a la mort de neurones dopaminèrgiques en la malaltia de Parkinson— en un model animal d’activitat psicomotora (en concret, en un model de catalèpsia induït pel bloqueig de la transmissió dopaminèrgica).
Segons les conclusions, en models animals que no expressen el receptor GPR37, els fàrmacs antiparkinsonians (per exemple, els antagonistes del receptor A2A d’adenosina) són més eficaços en la seva activitat prodopaminèrgica.
Les línies de recerca desplegades avui en dia per l’equip de la UB-IDIBELL van dirigides a esbrinar quina és la funció del GPR37, el seu paper en l’origen de la malaltia de Parkinson, i el seu ús potencial com a nova diana terapèutica contra aquesta greu malaltia neurològica.