Estructura cristalina de la proteína de la fibrosis quística: el santo grial de la genética molecular
La FQ se produce cuando la proteína del regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística (RTFQ) defectuosa induce la acumulación de mucosidad en los sistemas respiratorio y digestivo del paciente. Los síntomas incluyen infecciones pulmonares y obstrucción intestinal a causa del taponamiento provocado por esa mucosidad. Los medicamentos actuales son caros: Kalydeco, de Vertex Pharmaceuticals, le cuesta al paciente la vertiginosa cuantía de 300 000 dólares estadounidenses al año. Dado que los pacientes con FQ pierden calidad de vida y fallecen de forma prematura, se necesitan urgentemente nuevos tratamientos. La información estructural sobre el RTFQ de alta resolución impulsaría tratamientos alternativos «El objetivo último del proyecto CF_struct era desarrollar medicamentos que mejorasen la eficacia de los fármacos, aumentasen la calidad de vida y disminuyesen la carga financiera», explica la doctora Susan Fetics, investigadora titular de una beca Marie Curie. Un fármaco funciona de forma óptima cuando está eficientemente vinculado a su proteína objetivo. El fármaco debe adherirse a la proteína de RTFQ nociva para recuperar su estructura y función. La apertura y cierre desempeñan un papel crucial. El RTFQ tiene un poro cerrado que debe abrirse para permitir el paso de iones de cloruro cargados. Cuando el RTFQ está inhabilitado a causa de mutaciones genéticas, los canales de cloruro disfuncionales causan la acumulación de mucosidad en el cuerpo y los síntomas crónicos de la FQ. RTFQ: un desafío para la formación de cristales «Al comienzo del programa CF_struct, no existían estructuras en alta resolución para los RTFQ y nos centramos en el método de la cristalografía de rayos X», explica el profesor Martin Caffrey, coordinador del proyecto. A pesar de los intensos esfuerzos por producir proteína y cribar decenas de miles de estados de cristalización diferentes, el RTFQ siguió siendo resistente a la formación de cristales. «Desgraciadamente, no fuimos capaces de generar cristales con calidad de estructura de RTFQ de forma aislada o en presencia de Kalydeco mientras disponíamos de los financiación del programa Marie Curie», recuerda el profesor Caffrey. Durante CF_struct, se obtuvieron otros resultados relacionados con el RTFQ estructural. En primer lugar, una estructura de microscopio de electrones criogénico (CryoEM) de RTFQ de pez cebra proporcionó información sobre su modo de activación, mientras que dos estructuras CryoEM posteriores aportaron más detalles. La doctora Fetics destaca: «En conjunto, estos tres modelos ofrecieron información sobre el mecanismo del ciclo de apertura y cierre del canal del RTFQ. Seguimos buscando las estructuras cristalinas que complementarían y ampliarían el trabajo con CryoEM». Ambiciones «cristalinas» La doctora Fetics añade: «Logramos producir RTFQ de pollos con un protocolo desarrollado en el laboratorio del profesor Riordan, en la Universidad de Carolina del Norte (loa Estados Unidos)». Esto, combinado con la purificación del RTFQ humano suministrado por el profesor Kappes, de la Universidad de Alabama, permitió al equipo llevar a cabo pruebas de cristalización extremadamente extensas. La proteína de RTFQ purificada es inestable y resulta difícil de concentrar. «Por consiguiente, utilizamos el método Cubicon para ampliar progresivamente la concentración de proteína necesaria para las pruebas de cristalización», explica el profesor Caffrey. Al mismo tiempo, se redujo la cantidad de proteína empleada en cada pocillo de cristalización para aprovechar mejor el material disponible. El futuro del tratamiento de la fibrosis quística Emprendida con el apoyo del programa Marie Curie, la investigación en el Trinity College constituye una batalla científica conocida en que el ingenio y la perseverancia son esenciales para superar el desafío de que las biomoléculas no se comporten según lo esperado. En la actualidad, el equipo de CF_struct no tiene pensado seguir tras la pista de la estructura cristalina, pero su trabajo ha proporcionado información a los investigadores que estudian esta enfermedad debilitadora. El profesor Caffrey y la doctora Fetics resumen la importancia de la investigación del Trinity College: «En el mundo hay hasta 100 000 personas afectadas por FQ. Una estructura cristalina hubiera tenido el potencial de mejorar la economía global al reducir los costes asociados a esta enfermedad, aumentar la esperanza de vida, mejorar la calidad de vida y disminuir la carga para los cuidadores».
Palabras clave
CF_struct, FQ, RTFQ, cristal, fármaco, estructura cristalina, CryoEM, fibrosis quística, radiografía, apertura y cierre, cloruro, modelo