Un equipo del Instituto de Neurociencias de la Universidad de Barcelona ha participado en el diseño del primer gran mapa de redes de interacción de los receptores acoplados a la proteína G (GPCR) en humanos, el mayor grupo de proteínas de membrana que controlan funciones esenciales de las células (metabolismo, proliferación, diferenciación, etc.).
El nuevo mapa de interacciones —o interactoma— de GPCR, el más extenso descrito hasta la fecha para este grupo de proteínas, es un paso adelante para conocer el origen de algunas patologías neurológicas (párkinson, alzhéimer, esquizofrenia, epilepsia y algunos neurogliomas). Conocer con detalle cómo se conectan estas proteínas entre sí también ayudará a identificar nuevas dianas terapéuticas, diseñar futuros fármacos y comprender los efectos perjudiciales asociados a los medicamentos actuales.
En la investigación, publicada en la revista Molecular System Biology y dirigida por Igor Stagljar, de la Universidad de Toronto (Canadá), participan los investigadores Francisco Ciruela, Jorge Gandía y Xavier Morató, de la Facultad de Medicina y Ciencias de la Salud de la Universidad de Barcelona, el Instituto de Neurociencias de la UB y el Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL), entre otros expertos.
Ninguna proteína actúa por sí sola; por ello, el estudio de las interacciones entre proteínas es fundamental para entender la complejidad de la red de funciones celulares y fisiológicas en los seres vivos. Conocer la topología y los patrones de conectividad entre proteínas aporta una visión esencial para comprender la biología sistémica de los seres vivos. La idea del interactoma —es decir, la red de interacciones funcionales entre proteínas— fue definida por primera vez en 1999 (Sánchez et al., Nucleic Acids Research), y en 2000 se publicaron los primeros resultados de un interactoma o interacciones proteína-proteína (Schwikowski et al., Nature Biotechnology).
Los receptores acoplados a la proteína G (GPCR) son una familia de cientos de proteínas de membrana biológicas que están implicadas en la transducción de señales celulares. Estas estructuras están completamente inmersas en las membranas celulares, lo que dificulta su estudio y manipulación en estudios experimentales.
«Este nuevo trabajo presenta el primer mapa a gran escala del interactoma para la familia GPRC en humanos. En total, el interactoma describe 987 nuevas interacciones proteína-proteína en las que participan los GPCR y que se producen entre 686 proteínas, 299 de las cuales son proteínas integrales de membrana», detalla el profesor Francisco Ciruela.
Técnica MYTH: un punto de inflexión en la metodología experimental
Tradicionalmente, para determinar los interactomas de modo experimental se utilizan dos aproximaciones metodológicas: el sistema de doble híbrido en levadura (YTH) y la purificación de afinidad acoplada a espectrometría de masas (TAP/MS). Sin embargo, en algunos casos la metodología aplicada altera las propiedades del entorno celular y, por tanto, de las proteínas y del interactoma. La técnica del doble híbrido de membrana en levadura (MYTH), un protocolo innovador aplicado en el nuevo estudio, ha solucionado esta grave limitación experimental.
«Gracias al protocolo MYTH —apunta Ciruela—, que es una modificación del sistema clásico de doble híbrido en levadura (YTH), hemos podido estudiar proteínas integrales de membrana enteras, como los GPCR, en su entorno celular de membrana. Entre otros resultados obtenidos, se ha podido definir el interactoma de 48 GPCR diferentes con la técnica MYTH».
Redes interactómicas y relaciones funcionales entre proteínas
Interactoma y redes biológicas son elementos de vanguardia en la investigación básica para identificar posibles dianas de interés farmacológico. Para elaborar estas redes interactómicas de proteínas de alta fiabilidad, es necesario constatar la interacción y la asociación funcional entre proteínas con procedimientos complementarios.
En el nuevo trabajo, el mapa interactómico definido con el sistema MYTH también ha superado una segunda ronda de validación con el mismo sistema MYTH, que ayuda a definir un listado refinado de compañeros de interacción para cada receptor. Posteriormente, un número importante de estas interacciones se validan en células humanas en cultivo. Así pues, se validaron cuarenta de las interacciones descritas por MYTH.
Explorando el potencial terapéutico contra el párkinson
En un último paso del estudio, también se validaron de manera funcional dos de las conexiones descritas y vinculadas con el párkinson: la del receptor de serotonina 5-HT4d con los receptores GPRIN2 y GPR37 —un trabajo del equipo dirigido por Ralf Jockers, de la Universidad de París Descartes (Francia)— y la del receptor A2A de adenosina y el receptor GPR37, una destacada contribución científica del equipo de la UB y del IDIBELL al trabajo internacional.
Los expertos de la UB-IDIBELL caracterizaron la interacción molecular del receptor A2A de adenosina con el receptor huérfano GPR37 —una molécula asociada a la muerte de neuronas dopaminérgicas en el párkinson— en un modelo animal de actividad psicomotora (en concreto, en un modelo de catalepsia inducido por el bloqueo de la transmisión dopaminérgica).
Según las conclusiones, en modelos animales que no expresan el receptor GPR37, los fármacos antiparkinsonianos (por ejemplo, los antagonistas del receptor A2A de adenosina) son más eficaces en su actividad prodopaminérgica.
Las líneas de investigación desplegadas hoy en día por el equipo de la UB-IDIBELL se dirigen a averiguar cuál es la función del GPR37, su papel en el origen del párkinson, y su uso potencial como nueva diana terapéutica contra esta grave enfermedad neurológica.