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Ciencia

Imagen cristalina

La estructura detallada de las proteínas facilita la búsqueda de nuevos medicamentos en el combate contra las enfermedades autoinmunes

WALTER F. DE AZEVEDO JR.Es relativamente fácil encontrar la llave que abre una cerradura conocida, como puede ser la de la puerta de casa. Con el correr del tiempo, sus características principales – la marca, el tamaño, el formato y el color – se vuelven familiares. Al buscar la llave de casa, es sencillo descartar posibilidades haciendo un rápida comparación mental entre los artefactos cuyos contornos difieren radicalmente del formato del orificio de la cerradura. Esta estrategia acorta la búsqueda de las llaves que tienen alguna posibilidad de abrir la puerta. Con todo, si nunca se ha visto la cerradura de dicha puerta, la identificación de la llave ideal en medio a otras llaves puede convertirse en un suplicio, sobre todo si el número de opciones de las que se dispone es grande. Pero una cosa es segura: las posibilidades de encontrar la llave correspondiente se incrementan a medida que las características fundamentales de la cerradura se descubren.

Fue más o menos eso – descubrir los contornos de una cerradura química – lo que hizo un equipo de investigadores gaúchos (de Río Grande do Sul) y paulistas. Ellos produjeron la más detallada imagen de la estructura tridimensional del cristal de una proteína, la enzima PNP, sigla de purina-nucleósido-fosforilasa, cuya acción, cuando queda fuera de control, parece provocar el surgimiento de algunas enfermedades de origen inmunológico y el rechazo de órganos transplantados. “Es como si hubiéramos realizado un zoom en una foto”, compara Diógenes Santiago Santos, de la Pontificia Universidad Católica de Río Grande do Sul (PUC/ RS), coordinador de los trabajos sobre la enzima.

Tales estudios se realizan en el ámbito del Instituto del Milenio para Estrategias Integradas para el Estudio y el Control de la Tuberculosis en Brasil, proyecto financiado por el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MCT). “Ahora podemos ver pormenores de la estructura de la PNP que antes no estaban claros”. La nueva imagen de la PNP presenta una calidad alrededor de un 20% superior a la de la versión anterior. Su resolución es de 2,3 angstroms, al paso que la de la antigua representación de la molécula es de 2,8 angstroms (1 angstrom equivale a la diezmillonésima parte del milímetro). Cuanto menor es el valor de la resolución en angstrom, más nítidos son los detalles de la estructura visualizada. La imagen capturada por losbrasileños echa luz sobre ínfimas porciones de la PNP que pueden ser fundamentales para hallar las claves moleculares – los medicamentos – capaces de unirse y actuar sobre esa enzima.

PNP mutantes
Estudios anteriores sugieren que el control de la acción de la PNP puede ser vital para el tratamiento de enfermedades autoinmunes, como el lupus, la artritis reumatoide, la psoriasis y algunos tipos de cáncer como los linfomas. Eso porque formas anómalas de esa enzima, derivadas probablemente de mutaciones del gen que carga la receta de la producción de la PNP, alteram el patrón de activación de uno de los pilares del sistema inmunológico, un tipo de células de defensa conocidas como linfocitos T. Tales células reconocen y combaten sustancias extrañas y potencialmente peligrosas para el organismo, los antígenos. La amenaza, real o potencial, puede ser representada por la entrada en el organismo de virus, bacterias, parásitos o cualquier proteína de origen externo.

En condiciones normales, la actuación de los linfocitos T es benéfica e imprescindible para la producción de anticuerpos contra los antígenos. No obstante, disfunciones en la producción de esas células guardianas del bienestar del organismo, ocasionadas probablemente debido a un exceso de estímulos enviados por la PNP, pueden causar las enfermedades autoinmunes. En este tipo de trastorno se produce una especie de rebelión del sistema inmunológico, de motín de las células de defensa, que en lugar de luchar contra los enemigos externos, pasan a atacar a sus propios tejidos. Ante las evidencias de que la PNP influye directamente sobre el comportamiento de los linfocitos T, la ciencia pasó a buscar inhibidores de esa enzima – drogas que podrían tratar o al menos reducir los efectos de las enfermedades de fondo inmunológico. La obtención de una excelente representación de la estructura de la PNP, en la cual esos inhibidores puedan encajarse para producir algún efecto pasó a ser una prioridaden esa línea de investigación.

Para elaborar una representación en alta resolución de la PNP, los investigadores debieron sortear las dificultades inherentes a la producción de imágenes en tres dimensiones de la estructura de las proteínas (las enzimas son un tipo de proteína). El primer reto consistió en obtener dicha proteína en cantidades suficientes y con una pureza cercana al 100%. “Esa enzima es muy difícil de clonar”, comenta el bioquímico Mário Sérgio Palma, de la Universidad Estadual Paulista (Unesp) de Río Claro, coautor del trabajo con la PNP. En lugar de trabajar con la enzima en su forma natural, extraída de la sangre humana, como hicieron sin mucho éxito otros grupos, el equipo brasileño optó por una versión recombinante: hicieron que la bacteria Escherichia colli produjera la PNP humana en grandes cantidades. La estrategia fue tan exitosa que los brasileños actualmente venden la PNP a empresas extranjeras.

El paso siguiente consistió en generar una versión estable de la enzima. Como un niño que no se queda quieto a la hora de ser fotografiado, la estructura de la PNP en su estado físico original – la forma líquida – es muy inestable y es complicado para vérselo, la salida fue mezclar la enzima con una solución y enfriarla hasta formar un cristal de la proteína. A la enzima solidificada se la expuso luego a un haz de radiación de alta intensidad – en el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón, en Campinas – que reveló su estructura. Así surgió a imagen con 2,3 angstroms de resolución de la PNP.

Inhibidores naturales
Los investigadores produjeron imágenes inéditas de la estructura de la enzima interactuando con las dos principales drogas candidatas a erigirse en inhibidores de la PNP, el aciclovir y la inmucilina H, en posibles nuevos tratamientos contra enfermedades autoinmunes. “Intentamos entender por qué algunas drogas funcionan mejor que otras sobre la enzima”, explica el físico Walter Filgueira de Azevedo Jr., de la Unesp de São José do Río Preto, que participó intensamente en esta etapa de los estudios. La mayor o menor afinidad entre la PNP y sus potenciales inhibidores depende de una serie de parámetros técnicos, tales como las interacciones entre sus átomos y la complementaridad de sus respectivas superficies de contacto.

El próximo reto de los brasileños – que este año publicaron nueve artículos científicos sobre la PNP en revistas internacionales – consistirá en buscar inhibidores naturales de la enzima. En colaboración con João Batista Calixto, de la Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC), experto en fitoterapéuticos, el equipo de Diógenes Santos intenta aislar moléculas de extractos de plantas con potencial para actuar sobre la PNP.

El Proyecto
Enzimas de Vías Metabólicas Definidas como Blancos para el Desarrollo de Drogas contra Enfermedades Descuidadas (la Malaria y la Tuberculosis) y Enfermedades Crónico-degenerativas
Coordinador
Diógenes Santiago Santos – PUC/ RS
Inversión
R$ 2.140.000,00 (MCT)

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