N.87 – Logran manipular una proteína involucrada

Las quinasas son enzimas que desempeñan un papel crucial en la comunicación celular y en la regulación de diversas funciones en el cuerpo humano. Su función principal es la de transferir fosfato de una molécula llamada adenosín trifosfato (ATP) a otras moléculas, como proteínas. Esto funciona como un interruptor, ya que al transferir el fosfato pueden “activar” o “inactivar” a la proteína modificada, según cada caso. Estas vías de señalización permiten que las células respondan a estímulos externos o internos.

El grupo Biología Química de Mecanismos Regulatorios del Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBIOBA, CONICET-MPSP), liderado por el investigador del CONICET Ricardo M. Biondi, lleva varios años estudiando la estructura de PDK1, una enzima quinasa que cumple un rol fundamental en la señalización celular y que está muy vinculada con el crecimiento y supervivencia de las células. Se sabe que PDK1 cuenta con muchos sustratos -o proteínas- que activa a través de esta vía de señalización, y que en muchos tipos de cáncer se potencian por esta vía, que ayuda a que las células cancerígenas crezcan y sobrevivan descontroladamente.

A raíz de esto, comenzó a estudiarse a AKT, uno de los sustratos que PDK1 activa y que es parte de dicha vía de señalización. Se sabe que al apagarse puede inducir la muerte en las células cancerígenas, porque dejan de recibir la señal de crecimiento. El desafío reside entonces en cómo apagar a AKT: “Es muy difícil hacer un fármaco que apague sólo a una de las proteínas, y si se apagan todas, se pueden desencadenar procesos tóxicos y los -a veces tan dañinos efectos secundarios”, afirma Mariana Sacerdoti, becaria doctoral del CONICET en el IBIOBA y primera autora del artículo publicado en la revista Science Signaling, del grupo Science, que fue escogido para la cubierta del número.

Descubriendo la estructura

Dicho trabajo resultó de estudiar a PDK1 en su totalidad: “Estudiar la estructura de las proteínas enteras (cómo son) es muy difícil cuando tienen dos dominios -algo así como dos partes-, como en este caso, porque hay que usar distintas técnicas muy complejas”, explica Sacerdoti. PDK1 cuenta con un dominio quinasa, que agrega el fosfato a los sustratos, y también con un dominio PH, cuya función es unir un lípido (PIP3) a la membrana de las células.

Utilizando un abordaje interdisciplinario que incluyó técnicas estructurales, bioinformáticas y de biología química, el grupo de investigación descubrió cuál es la forma 3D que adopta PDK1 cuando no fosforila a AKT (es decir, no lo activa), pero sí a otros sustratos. Este mecanismo es crucial no sólo porque indica que se podría ‘apagar’ una proteína tan relevante en cáncer sin apagar otras, sino porque también encontraron una molécula con la que pudieron estabilizar esta conformación, logrando una inhibición selectiva del sustrato PDK1. “No estamos inhibiendo a la quinasa en su totalidad, sino que pudimos inhibir solo la activación del sustrato PDK1, mientras pudieron conservarse todas sus otras funciones tan importantes para la comunicación celular. Es la primera vez que se describe esta manera de inhibición sustrato selectiva de PDK1 respecto de AKT”, agrega Sacerdoti.

Entonces, a través de técnicas de biología química lograron bloquear selectivamente a PDK1, estudiar una proteína con dos dominios en solución para así obtener información de la estructura y relacionarla con una consecuencia funcional: no puede activar a su sustrato cuando se encuentra en la conformación específica que descubrieron.

En muchos tipos de cáncer se ve que esta vía de señalización está “más prendida” y que PDK1 es una de las postas dentro de esa vía. En síntesis, dado que PDK1 activa varias quinasas que promueven el crecimiento y la supervivencia celular, estos resultados pueden proveer formas de manipular selectivamente la actividad de PDK1 para tratamientos futuros contra el cáncer.

En este estudio, el cual fue altamente interdisciplinario y colaborativo, también participaron Lissy Gross y Alejandro Leroux del IBioBA; Sebastián Klinke del IIBBA; Mariela Bollini, Pedro Aramendía y Victoria Cappellari del CIBION; así como también investigadores extranjeros de distintas instituciones internacionales como la Clínica Universitaria de Frankfurt, el Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL), la Universidad de Oxford, la Universidad de Pittsburgh y la Universidad de Singapur.