Científicos argentinos explican un mecanismo clave de la vida
Describieron un proceso fundamental del "diálogo" entre las proteínas y el ADNLunes 22 de setiembre de 2008 Por Claudia Mazzeo
Para LA NACION
(Agencia CyTA-Instituto Leloir).- Un equipo de investigadores argentinos acaba de responder lo que para muchos era la "pregunta del millón": lograron describir cómo las proteínas reconocen el ADN, paso previo al inicio de las interacciones entre ambos. El descubrimiento se realizó en el Instituto Leloir y se publicó en una importante revista científica internacional, Proceedings of the National Academy of Sciences .
La regulación de las funciones vitales de las células depende en gran medida de ese reconocimiento. Para que entre ellas se rompan enlaces químicos y se formen otros nuevos deben atravesar un estado de alta energía conocido como "estado de transición", algo así como el embobamiento que precede al romance.
Ambas moléculas deben acercarse lo suficiente y sin timideces de por medio, o no habrá reacción posible. A mayor temperatura, mayor velocidad de reacción, y viceversa.
Si existieran revistas del corazón dedicadas a las moléculas, lo que sucede en el estado de transición seguramente sería uno de esos títulos que venden. Ocurre que se trata de un mecanismo común a todas las reacciones químicas que, si transcurre con éxito, puede dar paso a un nuevo producto (o molécula).
Por haber logrado desarrollar técnicas de medición capaces de capturar ese instante para poder describirlo, el egipcio Ahmed Zewail obtuvo el Nobel de Química en 1999. Durante los últimos 20 años, los científicos han logrado describir varios códigos de "seducción" que emplean en su transcurso algunas macromoléculas biológicas; hasta ahora, los más estudiados son los que involucran la interacción entre dos proteínas, como, por ejemplo, la hormona de crecimiento y su receptor. Sin embargo, hasta ahora, nadie había podido describir qué pasa entre las proteínas y el ADN en la intimidad de esa fugaz activación.
El estudio fue realizado por el doctor Gonzalo de Prat Gay, director del Laboratorio de Estructura-Función e Ingeniería de Proteínas de la Fundación Instituto Leloir, junto con dos jóvenes investigadores, Diego Ferreiro e Ignacio Sánchez.
La importancia del hallazgo radica en que todas las funciones vitales de las células -entre ellas, la expresión de los genes y la replicación del genoma- dependen del "diálogo" que establecen las proteínas y el ADN.
Para esto, una porción de la proteína debe reconocer y unirse de forma estable a una minúscula secuencia de no más de 20 pares de bases, de entre millones de opciones dispuestas a lo largo de la cadena de ADN.
Para realizar los experimentos, Prat Gay y su grupo emplearon como sistema modelo el ADN del virus del papiloma humano (HPV) y la proteína E2, que investigan desde hace más de diez años, y sobre las cuales han producido hallazgos de reconocimiento internacional.
"El virus del HPV es responsable de varios tipos de cáncer y tiene gran incidencia en el cáncer de cuello uterino; la proteína E2 es considerada un regulador maestro del ciclo de vida del HPV, ya que interviene en la replicación del genoma, en la traducción de los genes virales y en la migración del genoma viral durante la división celular", señala Prat Gay.
El doctor Diego Ferreiro explica que la estrategia empleada para observar en microsegundos los fenómenos submicroscópicos que lograron describir se basó en la interpretación de cambios de propiedades observables por fluorescencia.
"Modificamos el ADN del HPV con un compuesto que emite luz verde al ser iluminado con luz azul, y que también emplea la industria para dar brillo a algunos detergentes de uso doméstico. La intensidad de esa luz es diferente si el ADN está libre o unido a la proteína E2, por lo que pudimos inferir qué cantidad de proteína estaba unida al ADN, y cuán fuerte era la unión entre ambas", explica Ferreiro, que hace pocos días se incorporó a la Universidad Nacional de Quilmes.
Los científicos luego modificaron la superficie de la proteína en los diferentes puntos de unión con el ADN, y midieron cuánto afectaba ese cambio al "romance" entre proteína y ADN. "La fluorescencia nos permitió saber que la proteína se une al ADN en cerca de 20 enlaces que podríamos imaginar como brazos. Fabricamos proteínas mutantes, a las que les fuimos sacando cada uno de esos hipotéticos brazos (aminoácidos), para medir cuán afectada se veía la fuerza de interacción", cuenta Ignacio Sánchez, que es algo así como una inesperada contracara de la fuga de cerebros: oriundo de Zaragoza y doctorado en la Universidad de Basilea, Suiza, se unió al grupo argentino en 2006.
Luego, mediante un equipo (espectrofotómetro de flujo detenido), los científicos comprobaron cómo las modificaciones efectuadas a las proteínas afectaban la velocidad de la unión durante el estado de transición. "Para nuestra sorpresa, la velocidad de unión, durante el estado de interacción, está determinada por ciertas asociaciones denominadas «específicas», y de las que se pensaba que no eran las más importantes en la etapa inicial", relata con emoción Sánchez, cuyo análisis resultó decisivo en la interpretación de los resultados.
"Repetimos el experimento varias veces -continúa- porque nosotros mismos no podíamos creer que esas interacciones se produjeran primero, cuando todos esperaban que fueran las no específicas."
"Las velocidades con las cuales se forman los complejos ADN-proteína están finamente sintonizadas a través de millones de años de evolución", explica el doctor Claudio Grosman, profesor de Fisiología Molecular de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. "Estas velocidades son de suma importancia, porque en el interior de la célula, la formación y disociación del complejo proteína-ADN debe ocurrir en tiempos compatibles con el resto de los procesos celulares. Más rápido o más lento resulta, casi invariablemente, en enfermedad", agrega Grosman.
Por Claudia Mazzeo
Para LA NACION
(Agencia CyTA-Instituto Leloir).- Un equipo de investigadores argentinos acaba de responder lo que para muchos era la "pregunta del millón": lograron describir cómo las proteínas reconocen el ADN, paso previo al inicio de las interacciones entre ambos. El descubrimiento se realizó en el Instituto Leloir y se publicó en una importante revista científica internacional, Proceedings of the National Academy of Sciences .
La regulación de las funciones vitales de las células depende en gran medida de ese reconocimiento. Para que entre ellas se rompan enlaces químicos y se formen otros nuevos deben atravesar un estado de alta energía conocido como "estado de transición", algo así como el embobamiento que precede al romance.
Ambas moléculas deben acercarse lo suficiente y sin timideces de por medio, o no habrá reacción posible. A mayor temperatura, mayor velocidad de reacción, y viceversa.
Si existieran revistas del corazón dedicadas a las moléculas, lo que sucede en el estado de transición seguramente sería uno de esos títulos que venden. Ocurre que se trata de un mecanismo común a todas las reacciones químicas que, si transcurre con éxito, puede dar paso a un nuevo producto (o molécula).
Por haber logrado desarrollar técnicas de medición capaces de capturar ese instante para poder describirlo, el egipcio Ahmed Zewail obtuvo el Nobel de Química en 1999. Durante los últimos 20 años, los científicos han logrado describir varios códigos de "seducción" que emplean en su transcurso algunas macromoléculas biológicas; hasta ahora, los más estudiados son los que involucran la interacción entre dos proteínas, como, por ejemplo, la hormona de crecimiento y su receptor. Sin embargo, hasta ahora, nadie había podido describir qué pasa entre las proteínas y el ADN en la intimidad de esa fugaz activación.
El estudio fue realizado por el doctor Gonzalo de Prat Gay, director del Laboratorio de Estructura-Función e Ingeniería de Proteínas de la Fundación Instituto Leloir, junto con dos jóvenes investigadores, Diego Ferreiro e Ignacio Sánchez.
La importancia del hallazgo radica en que todas las funciones vitales de las células -entre ellas, la expresión de los genes y la replicación del genoma- dependen del "diálogo" que establecen las proteínas y el ADN.
Para esto, una porción de la proteína debe reconocer y unirse de forma estable a una minúscula secuencia de no más de 20 pares de bases, de entre millones de opciones dispuestas a lo largo de la cadena de ADN.
Para realizar los experimentos, Prat Gay y su grupo emplearon como sistema modelo el ADN del virus del papiloma humano (HPV) y la proteína E2, que investigan desde hace más de diez años, y sobre las cuales han producido hallazgos de reconocimiento internacional.
"El virus del HPV es responsable de varios tipos de cáncer y tiene gran incidencia en el cáncer de cuello uterino; la proteína E2 es considerada un regulador maestro del ciclo de vida del HPV, ya que interviene en la replicación del genoma, en la traducción de los genes virales y en la migración del genoma viral durante la división celular", señala Prat Gay.
El doctor Diego Ferreiro explica que la estrategia empleada para observar en microsegundos los fenómenos submicroscópicos que lograron describir se basó en la interpretación de cambios de propiedades observables por fluorescencia.
"Modificamos el ADN del HPV con un compuesto que emite luz verde al ser iluminado con luz azul, y que también emplea la industria para dar brillo a algunos detergentes de uso doméstico. La intensidad de esa luz es diferente si el ADN está libre o unido a la proteína E2, por lo que pudimos inferir qué cantidad de proteína estaba unida al ADN, y cuán fuerte era la unión entre ambas", explica Ferreiro, que hace pocos días se incorporó a la Universidad Nacional de Quilmes.
Los científicos luego modificaron la superficie de la proteína en los diferentes puntos de unión con el ADN, y midieron cuánto afectaba ese cambio al "romance" entre proteína y ADN. "La fluorescencia nos permitió saber que la proteína se une al ADN en cerca de 20 enlaces que podríamos imaginar como brazos. Fabricamos proteínas mutantes, a las que les fuimos sacando cada uno de esos hipotéticos brazos (aminoácidos), para medir cuán afectada se veía la fuerza de interacción", cuenta Ignacio Sánchez, que es algo así como una inesperada contracara de la fuga de cerebros: oriundo de Zaragoza y doctorado en la Universidad de Basilea, Suiza, se unió al grupo argentino en 2006.
Luego, mediante un equipo (espectrofotómetro de flujo detenido), los científicos comprobaron cómo las modificaciones efectuadas a las proteínas afectaban la velocidad de la unión durante el estado de transición. "Para nuestra sorpresa, la velocidad de unión, durante el estado de interacción, está determinada por ciertas asociaciones denominadas «específicas», y de las que se pensaba que no eran las más importantes en la etapa inicial", relata con emoción Sánchez, cuyo análisis resultó decisivo en la interpretación de los resultados.
"Repetimos el experimento varias veces -continúa- porque nosotros mismos no podíamos creer que esas interacciones se produjeran primero, cuando todos esperaban que fueran las no específicas."
"Las velocidades con las cuales se forman los complejos ADN-proteína están finamente sintonizadas a través de millones de años de evolución", explica el doctor Claudio Grosman, profesor de Fisiología Molecular de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. "Estas velocidades son de suma importancia, porque en el interior de la célula, la formación y disociación del complejo proteína-ADN debe ocurrir en tiempos compatibles con el resto de los procesos celulares. Más rápido o más lento resulta, casi invariablemente, en enfermedad", agrega Grosman.