Los científicos hacen un raro descubrimiento de una función de proteína universal para bacterias y humanos

Los científicos han descubierto que una proteína receptora humana tiene la capacidad de detectar aminoácidos individuales exactamente de la misma manera que lo hacen las bacterias.

El hallazgo podría conducir a mejoras de los medicamentos derivados del aminoácido GABA, pero también tiene implicaciones evolutivas: se suma a la escasa evidencia que sugiere que existen puntos en común entre las bacterias y los humanos con respecto a la detección de la presencia de componentes esenciales de la vida, como el oxígeno. y comida.

Los receptores en las superficies celulares detectan todo tipo de nutrientes (grasas, azúcares y vitaminas, por ejemplo), pero usan diferentes tipos de segmentos de proteínas llamados sensores, y actualmente no se conoce ningún mecanismo de detección química común.

En este trabajo, los científicos descubrieron un sensor universal presente en muchos receptores diferentes que detecta aminoácidos interactuando precisamente con los dos grupos de átomos que comparten todos los aminoácidos.

«Por primera vez, hemos encontrado la forma universal de detectar aminoácidos. Casi todos los organismos pueden hacerlo a través de este mecanismo», dijo Igor Jouline, autor principal del estudio y profesor de microbiología en la Universidad Estatal de Ohio.

«Según nuestra experiencia, es muy raro que podamos extrapolar una función sensorial muy específica con tanta precisión de bacterias a humanos, porque estas formas de vida están separadas por un tiempo evolutivo tan largo, alrededor de 3 mil millones de años».

El estudio se publica hoy (1 de marzo de 2022) en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

Los aminoácidos son los componentes básicos de la vida, ensamblando proteínas, que realizan la mayor parte del trabajo dentro de las células, a partir de la información almacenada en los genes.

En estudios anteriores de una bacteria que causa la infección humana, el laboratorio de Jouline y sus colaboradores en España encontraron varios receptores que reconocían los aminoácidos e identificaron una característica estructural que compartían todas esas proteínas. Para comprender mejor esta característica, el primer autor Vadim Gumerov, científico investigador en el laboratorio de Jouline, buscó otros organismos que tuvieran receptores similares, rastreando y comparando datos genómicos para concentrarse en esa característica estructural muy específica, llamada motivo, que detecta amino ácidos. A través del análisis de la información de la secuencia y la estructura, Gumerov identificó el motivo de unión de aminoácidos en los receptores humanos.

Este motivo está ubicado en un segmento que mira hacia el exterior de la proteína que cruza la membrana externa de una célula. Combinando sus cálculos con los datos experimentales disponibles, el equipo determinó que este motivo existe en las proteínas que se encuentran en los organismos que abarcan el árbol de la vida, con la excepción de los hongos y algunas especies de plantas. Los análisis posteriores mostraron que todas las proteínas que contienen motivos se unen a los aminoácidos, y solo a los aminoácidos.

En las bacterias, este sensor ayuda a los organismos a navegar hacia los aminoácidos, una importante fuente de alimento.

«Es parte de un sistema nervioso primitivo para las bacterias, que detecta señales y las ayuda a tomar decisiones», dijo Jouline. «Hay un paralelismo espectacular porque en los humanos, este sensor de aminoácidos también forma parte del sistema nervioso. Identificamos este sensor en los canales de calcio humanos que modulan la liberación de neurotransmisores de las sinapsis en varios tejidos neuronales. El mal funcionamiento de estos canales de calcio produce neuropatía». dolor.»

Ahí es donde entra el GABA. Antes de este estudio, los desarrolladores de fármacos sabían que los medicamentos derivados del GABA (ácido gamma-aminobutírico), que tratan el dolor neuropático, la fibromialgia y las convulsiones, alivian los síntomas relacionados con estos trastornos al unirse a una proteína en el sistema nervioso humano.

Resulta que esa proteína es la que el equipo de investigación encontró en humanos que contiene el motivo que permite la detección de aminoácidos, incluido el GABA.

Los colaboradores en el Reino Unido ayudaron a confirmar este hallazgo, probando los efectos de la mutación del motivo en experimentos con una proteína de rata que funciona exactamente de la misma manera que la proteína humana. La alteración del motivo cambió la función de todo el receptor, lo que impidió que el fármaco gabapentina, derivado del GABA, estableciera una conexión eficaz.

«Nuestro trabajo no está resolviendo problemas farmacológicos, pero mostró con precisión en qué parte de la proteína humana se unirán los medicamentos derivados del GABA, y también cómo se unirán», dijo Jouline. «Eso es importante, porque ahora, si quieren mejorarlo o probar diferentes versiones del fármaco, conocen el entorno químico exacto. Proporcionamos estos dos puntos que faltan: qué parte del fármaco se unirá a qué aminoácido de la proteína. , y cómo está orientado en el espacio 3D».

Aunque es posible que nunca haya una respuesta definitiva a la antigua pregunta de qué tienen en común biológicamente las bacterias y los humanos, Jouline ha comenzado una búsqueda más amplia de sensores que tengan un papel en el mantenimiento de la vida.

«Ahora sabemos dónde buscar, no en las proteínas completas, sino solo en sus segmentos que están involucrados en el reconocimiento de parámetros físicos y químicos importantes para todos los sistemas vivos», dijo.