Investigadores del CONICET resolvieron un obstáculo que llevaba años sin solución. La novedad fue publicada en Nature Structure and Molecular Biology.
Conocer las bases moleculares tanto de las funciones de las células como de comunicación entre sus compartimentos internos permite comprender las posibles alteraciones ocurridas en condiciones de enfermedad. Este conocimiento es uno de los primeros pasos para el desarrollo de estrategias terapéuticas que mejoren o curen diferentes patologías.
Investigadores del Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBioBA, CONICET-Instituto Partner de la Sociedad Max Planck) y de la empresa biotecnológica Genentech – dedicada a descubrir y a desarrollar medicamentos para personas con enfermedades graves y potencialmente mortales- desarrollaron un método para detectar cuáles son las proteínas reguladas por Nedd8, una molécula que es necesaria por un lado para la proliferación celular, y por otro para el normal desarrollo de las conexiones sinápticas entre neuronas y los procesos de memoria y aprendizaje. Este método novedoso fue probado en cofilina, una proteína que tiene un desempeño clave en el desarrollo neuronal temprano dado que participa en procesos intracelulares clave para la la formación de neuronas. La novedad fue publicada en la revista Nature Structure and Molecular Biology.
Se revela la incógnita
El funcionamiento normal de las células requiere de una compleja maquinaria proteica donde cada proteína desarrolla una acción específica. Esas funciones proteicas están finamente reguladas por sutiles modificaciones (llamadas postraduccionales) que consisten en la unión a dichas proteínas de pequeñas moléculas regulatorias. Entre ellas está Nedd8, que está presente en todas las células del organismo y cuyos mecanismos de acción se encuentran en proceso de investigación desde hace ya algunos años. Esta molécula produce un evento bioquímico llamado neddilación, mediante el cual se une a otras proteínas para regular sus funciones. Sin embargo, pese a que esta modificación es abundante en la célula, tanto las proteínas sobre las que interviene como su función sobre cada una no han podido ser clarificadas, por no contar con técnicas efectivas que permitan identificar dónde ni cómo opera.
Hace ya un tiempo los especialistas en biología molecular saben que la neddilación ocurre en un tipo de enzimas llamadas Cullinas, encargadas de controlar la duplicación celular. En el año 2015, el grupo de Neurobiología Molecular del IBioBa, a cargo del investigador del CONICET Damián Refojo, detectó que Nedd8 está también presente en neuronas -tipos celulares que nunca se duplican- y descubrieron que la neddilación es necesaria para el normal desarrollo y mantenimiento de las conexiones sinápticas entre las neuronas y los procesos de memoria y aprendizaje. Pero debido a la falta de una tecnología lo suficientemente sensible, no se habían podido identificar todas las proteínas modificadas vía neddilación que participan en esos procesos. “Por esta razón hay, desde hace años, una gran controversia con respecto a la neddilación. La mayoría de los investigadores considera que Nedd8 solo regula la función de las Cullinas y otros consideran que Nedd8 se une y controla muchas otras proteínas”, cuenta Refojo, codirector de este estudio y jefe del laboratorio de Neurobiología Molecular (IBioBA). Este trabajo verifica esta segunda hipotesis.
Durante varios años, los investigadores del grupo de Refojo y sus colaboradores dedicaron su esfuerzo a desarrollar una variante de una técnica llamada espectrometría de masa que permitiera identificar proteínas neddiladas. Mediante esta técnica, lograron identificar cientos de proteínas modificadas por Nedd8 y elaborar el primer catálogo de proteínas neddiladas.
Refojo afirma que “ahora podrá estudiarse el rol de Nedd8 sobre cada proteína blanco y, como consecuencia, determinar paulatinamente su relevancia fisiológica en los diferentes tejidos y tipos celulares.” Y agrega: “Hoy sabemos que la neddilación cumple un rol importante en cáncer, enfermedades hepáticas y funciones cognitivas. Confiamos que este trabajo nos permitirá comprender mejor cómo Nedd8 ejerce sus funciones moleculares y así contribuir al desarrollo de nuevas estrategias que puedan mejorar esas patologías”.
Prueba del método con cofilina
Con la técnica ya creada, era necesario accionar el siguiente paso: demostrar la función de Nedd8 sobre alguna proteína relevante. “De las 341 moléculas identificadas elegimos una de las más activamente modificadas, la cofilina. Esta proteína orquesta la formación de redes de actina, una suerte de esqueleto intracelular cuyo crecimiento y plasticidad es fundamental para que las neuronas adquieran su morfología ramificada y puedan interconectarse entre ellas, comenta la becaria del CONICET Raquel Becerra, coautora del trabajo. Los investigadores observaron que ante una eventual pérdida de neddilación, la cofilina sufre cambios funcionales que afectan la morfología de la neurona, lo que podría acarrear problemas asociados a enfermedades del neurodesarrollo o a funciones de memoria y aprendizaje.
Queda por delante descubrir qué consecuencias fisiológicas produce la neddilación en las demás proteínas del catálogo creado gracias al esfuerzo conjunto entre científicos argentinos del IBioBA y de Genentech. Esto permitirá continuar la tarea de comprender procesos intracelulares que puedan derivar en posibles blancos terapéuticos en condiciones de enfermedad.
RECUADRO
Cooperación internacional
El estudio fue codirigido entre el Dr. Damián Refojo del laboratorio de Neurobiología Molecular del IBioBA, junto al Dr. Donald S. Kirkpatrick del Laboratorio de Microquímica y el Dr. Morgan Sheng del laboratorio de Neurociencias ambos de la empresa biotecnológica Genentech (Estados Unidos).
Por su parte, los experimentos estuvieron a cargo de Raquel Becerra (IBioBA) y Annette Vogl (Genentech) quienes recibieron la colaboración de Sebastian Giusti y Patricio Yankilevich (IBioBA) y de Lilian Phu de Genentech. Además de recibir apoyo por parte del laboratorio de Física Aplicada de CIBION dirigido por el Dr. Fernando Stefani.
AUTORES
Annette M. Vogl (Genentech)
Lilian Phu (Genentech)
Raquel Becerra (IBioBA)
Sebastian A. Giusti (IBioBA)
Erik Verschueren (Genentech)
Trent B. Hinkle (Genentech)
Martín D. Bordenave (CIBION)
Max Adrian (Genentech)
Amy Heidersbach (Genentech)
Patricio Yankilevich (IBioBA)
Fernando D. Stefani (CIBION)
Wolfgang Wurst (Helmholtz Zentrum München)
Casper C. Hoogenraad (Genentech)
Donald S. Kirkpatrick (Genentech)
Damian Refojo (IBioBA)
Morgan Sheng (Genentech)
Fuente: IBioBA (CONICET-Instituto Partner de la Sociedad Max Planck).