Científicos del IRB Barcelona completan la secuencia de estructuras en 3D adoptadas por algunas proteínas necesarias para el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior de las células. Este hallazgo aporta una visión global del conjunto de los cambios estructurales que suceden en estas proteínas, relevantes en procesos celulares básicos como la síntesis de proteínas, la regulación del metabolismo y del volumen celular o la transmisión nerviosa.

El intercambio de sustancias entre el interior y el exterior de las células se realiza a través de unas proteínas transportadoras insertadas en las membranas celulares, que actúan como si fuesen compuertas selectivas dejando pasar sustancias dependiendo de las necesidades. En humanos, tienen una especial relevancia los transportadores del tipo LAT y CAT, que median el paso de aminoácidos y participan en procesos de absorción intestinal y reabsorción renal, síntesis de proteínas, mantenimiento de sustancias antioxidantes o en la infección por el virus asociado al sarcoma de Kaposi. Según Manuel Palacín, uno de los directores del estudio, hay identificadas unas 300 mutaciones de estos transportadores en diferentes enfermedades, por lo que entender su funcionamiento es de vital importancia para el desarrollo de nuevos fármacos para combatirlas.

La biología estructural como base del estudio de enfermedades humanas

Después de la secuenciación de los genomas uno de los retos en biomedicina es conocer las estructuras tridimensionales de las proteínas esenciales para la vida, como las proteínas transportadoras de sustancias entre el interior y el exterior celular. Los transportadores del tipo LAT y CAT se mueven dentro de las membranas de las células adoptando distintas conformaciones que permiten el trasiego de moléculas entre las células y el medio externo. En el presente trabajo los científicos estudian las distintas conformaciones de la proteína transportadora AdiC, presente en la bacteria Escherichia coli, y proteína modelo en el estudio de las LAT y CAT humanas.

Mediante la creación de cristales de una variante de AdiC (mutante N101A) y su posterior estudio mediante Rayos X los científicos han determinado por primera vez la estructura tridimensional de esta proteína justo en el momento de unir la molécula procedente del exterior. Con esta nueva estructura se ha logrado completar la película de acontecimientos que comprende las distintas conformaciones de estos transportadores, desde que se unen a una molécula hasta que la liberan en el interior de las células y vuelven a unirse a otra para comenzar un nuevo ciclo.

“Ahora tenemos el registro completo de eventos, aunque con proteínas transportadoras diferentes”, explica Palacín. “El futuro radica en conocer la película completa para cada una de estas proteínas, lo que nos ayudará a entender algunas enfermedades como la cistinuria, e incluso a diseñar fármacos que bloqueen la captación de aminoácidos por parte de las células cancerosas y afectar así su viabilidad”.

El trabajo ha sido liderado por los investigadores del IRB Barcelona Manuel Palacín y José Luis Vázquez (investigador ICREA), con la colaboración de los laboratorios de Ignasi Fita y Modesto Orozco, del mismo instituto, e investigadores del Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER) y de la Universidad de Barcelona. El artículo se publica en el número de hoy de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS).

Artículo de referencia:
Molecular basis of substrate-induced permeation by an amino acid antiporter
Lukasz Kowalczyka, Mercè Ratera, Antonella Paladino, Paola Bartoccioni, Ekaitz Errasti-Murugarren, Eva Valencia, Guillem Portella, Susanna Bial, Antonio Zorzano, Ignacio Fita, Modesto Orozco, Xavier Carpena, José Luis Vázquez-Ibar, and Manuel Palacín
PNAS (2010) [doi: 10.1073/pnas.1018081108]