El sorprendente comportamiento de las proteínas podría mejorar nuestra comprensión del envejecimiento

Los investigadores han descubierto una anomalía sorprendente en el comportamiento de cómo se forman las proteínas, lo que anula las suposiciones de larga data sobre la forma en que las células producen estas moléculas cruciales y conduce potencialmente a una mejor comprensión del envejecimiento y las enfermedades neurodegenerativas en los seres humanos.

Contradiciendo la sabiduría convencional de que las proteínas pueden volver a ensamblarse, los bioquímicos de la Universidad Johns Hopkins encontraron que un número significativo de proteínas en E. coli no podían, incluso cuando el equipo trató de provocar las reparaciones en el laboratorio con proteínas auxiliares llamadas «chaperones».

El hallazgo fue sorprendente, dijo el autor principal Stephen Fried, profesor asistente en el Departamento de Química de la Escuela Krieger de Artes y Ciencias, quien dirigió la investigación publicada recientemente en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

«El hallazgo más sorprendente es que hay ciertas proteínas que ni siquiera las chaperonas pueden ayudar», dijo Fried. «Si las proteínas se pliegan mal, se nos enseña que se supone que las chaperonas pueden repararlas. Pero algunas proteínas son como Humpty Dumpties: una vez que se caen, todos los hombres y caballos de las células no pueden volver a juntarlas».

Las proteínas son largas cadenas de moléculas que consisten en componentes más pequeños llamados aminoácidos. Todas las células, humanas o no, contienen proteínas que ejecutan un sinfín de funciones, incluida la lucha contra virus, la construcción de tejidos, el funcionamiento de órganos y la producción de otros tipos de moléculas.

La forma de una proteína determina su capacidad para funcionar correctamente. La forma en que sus cadenas de aminoácidos se «pliegan» u organizan en estructuras tridimensionales específicas determina las funciones que realizan. Si las proteínas desplegadas fueran un collar de perlas, las proteínas funcionales se verían como las perlas organizadas en bolas, tubos y otras estructuras de muchas formas y formas.

Las mutaciones genéticas y otros percances bioquímicos dentro de las células pueden hacer que las proteínas se plieguen incorrectamente en estructuras disfuncionales. En los seres humanos, los errores en la síntesis y plegamiento de proteínas pueden matar neuronas y causar Alzheimer, Parkinson y otras enfermedades neurodegenerativas asociadas con el envejecimiento. Pero los detalles de cómo este comportamiento daña las funciones de una célula aún no están claros.

Fried espera que los hallazgos ayuden a iluminar ese proceso.

«Desde décadas de investigación sobre el plegamiento de proteínas, sabemos mucho sobre un número muy pequeño de proteínas muy simples porque esas eran las que se prestaban a los tipos de experimentos en los que los biofísicos eran buenos», dijo Fried. «Ahora tenemos estas tecnologías realmente sorprendentes en el campo para analizar decenas de miles de proteínas en una muestra, pero esta tecnología nunca se había implementado realmente para observar el plegamiento».

Con científicos de la Universidad Estatal de Pensilvania, el laboratorio de Fried también está trabajando para comprender mejor por qué algunas proteínas no pueden replegarse. Sus hallazgos, publicados en Química de la naturaleza, muestran que algunas proteínas solo pueden plegarse correctamente cuando el ribosoma de una célula las produce por primera vez. La investigación también muestra que mutaciones sutiles podrían estar cambiando la rapidez o la lentitud con la que una célula construye y pliega proteínas específicas.

Fried también está colaborando con la neurocientífica de Johns Hopkins, Michela Gallagher, para estudiar cómo los hallazgos de la proteína E. coli se comparan con las proteínas en los cerebros de ratas envejecidas con pérdida de memoria y otras deficiencias cognitivas. Esperan que esto proporcione información sobre cómo las fallas en el plegamiento de proteínas influyen en la enfermedad cerebral en humanos.