Estructuras de proteínas tipo LEGO para posibles aplicaciones terapéuticas
Las proteínas cumplen funciones fundamentales en los procesos celulares como unidades individuales o en complejos con otras proteínas. También se utilizan en aplicaciones terapéuticas como anticuerpos, citocinas o componentes de vacunas. Además, se pueden usar como unidades estructurales para los nanomateriales. Aunque las proteínas monocatenarias se pueden diseñar y probar de manera fiable, los avances en los tratamientos dirigidos para varias enfermedades requieren grandes complejos de proteínas compuestos por múltiples cadenas de proteínas. Sin embargo, las interacciones débiles entre las interfaces proteína-proteína obstaculizan la tasa de éxito de los métodos de ensamblaje «de novo» de los complejos de proteínas.
Unidades estructurales de proteínas para un diseño modular
Para abordar los desafíos técnicos relacionados con las interacciones de las interfaces de proteínas, el equipo del proyecto CC-LEGO propuso desarrollar una caja de herramientas de tipo LEGO a nanoescala de piezas de construcción bien definidas para el ensamblaje de las proteínas. La investigación se llevó a cabo con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA, por sus siglas en inglés) y tenía como objetivo generar estructuras de proteínas que pudieran aprovecharse en aplicaciones terapéuticas y la administración de fármacos. Los investigadores diseñaron bobinas enrolladas, algunas de las estructuras de proteínas mejor entendidas, y las fusionaron con otras proteínas para generar unidades estructurales similares a las de LEGO. Todas las proteínas se diseñaron en un ordenador con el «software» Rosetta, que ayuda a comprender las interacciones macromoleculares y el diseño de moléculas personalizadas. Las proteínas nuevas se produjeron luego en bacterias y se probaron en el laboratorio para establecer su funcionalidad, mientras que las estructuras se determinaron mediante criomicroscopía electrónica. «Todas estas son proteínas totalmente nuevas que no existían en la naturaleza antes de que las creáramos», explica Ajasja Ljubetič, beneficiario de una beca de investigación MSCA.
Mejorar la administración de fármacos
Un heterodímero reversible, el mALb8, que funciona como una cerradura adhesiva y una llave, demostró ser una unidad estructural útil para los ensamblajes más grandes. Junto con otros componentes, el mALb8 se utilizó para crear una gran jaula icosaédrica sensible al pH. Dichas jaulas se pueden usar potencialmente para la administración de fármacos y pueden liberar la carga a un pH bajo, por ejemplo, en el lisosoma. La jaula de pH se creó jerárquicamente a partir de unidades más pequeñas. Esto fue posible gracias a una metodología novedosa que permite la fusión rígida de las proteínas en ángulos específicos, dando lugar a jaulas de simetría y arquitectura definidas. A tal fin, los investigadores utilizaron el algoritmo WORMS para evitar la interrupción de las interfaces proteína-proteína existentes. Además, se diseñaron fibras novedosas mediante el acoplamiento computacional de estas unidades de proteínas en la geometría de la fibra. Las fibras generadas se funcionalizaron con aglutinantes heterodiméricos unidos de forma flexible y podrían servir como pista para un transportador de proteínas. «Esta es la parte más emocionante del proyecto, ya que podría servir como matriz para máquinas moleculares, demostrando el poder del diseño de las proteínas para el movimiento motorizado», expresa Ljubetič.
Transferencia de conocimientos
Otro aspecto muy importante del proyecto respaldado por las MSCA fue la transferencia de conocimientos de los Estados Unidos a la Unión Europea (UE). Ljubetič aplicará esta metodología de diseño de proteínas «de novo» de última generación en su laboratorio del Instituto Nacional de Química de Eslovenia. También tiene el taller «Diseño “de novo” de proteínas con Rosetta y Alphafold 2». «Se espera que la introducción de metodologías tan innovadoras en el diseño de las proteínas refuerce la visibilidad y el potencial de los países de la UE en el campo de los nanomateriales basados en proteínas», concluye Ljubetič.
Palabras clave
CC-LEGO, proteína, jaula, fibra, diseño de proteínas, administración de fármacos, nanomaterial, Rosetta, bobinas enrolladas
