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Difusión de aminoácidos en células vivas mediada por un transportador sintético

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Enfermedades que derivan o se ven afectadas por un transporte defectuoso de aminoácidos, como el cáncer, la fibrosis quística o las enfermedades neurodegenerativas, podrían beneficiarse de los avances en este campo.

El trabajo, una colaboración entre el laboratorio de Transportadores de Aminoácidos y Enfermedad del IRB Barcelona y el grupo de Pau Ballester del ICIQ, ha sido publicado en la revista CHEM del grupo Cell.

La colaboración ha tenido lugar en el marco del proyecto BIST Ignite CALIX4TRANS.

El transporte de aminoácidos y otras moléculas a través de la membrana celular desempeña un papel crucial en el metabolismo de las células y, por lo tanto, en la salud humana. La investigación actual sugiere que el cáncer, la fibrosis quística, las aminoacidurias y las enfermedades neurodegenerativas pueden provenir o verse afectadas por un transporte de aminoácidos ausente o defectuoso en la membrana celular.

Investigadores del grupo de Pau Ballester del ICIQ y laboratorio de Transportadores de Aminoácidos y Enfermedad del IRB Barcelona acaban de publicar un artículo en la revista Chem en el que demuestran cómo un calix[4]pirrol cavitando sintético puede transportar aminoácidos a través de la membrana lipídica en liposomas y células, lo cual nos acerca a futuras terapias.

Gracias al Proyecto BIST Ignite CALIX4TRANS, los científicos han podido evaluar las propiedades de un calix[4]pirrol cavitando (una molécula en forma de recipiente) en el transporte del aminoácido prolina a través de las membranas celulares y de liposomas. “El proyecto BIST Ignite nos ha permitido combinar la investigación fundamental realizada en nuestro laboratorio, centrada en la síntesis de moléculas y el estudio de sus interacciones, con la investigación más aplicada que se lleva a cabo en el grupo de Palacín en el área de los transportadores de aminoácidos y las enfermedades. En mi opinión, la investigación aplicada debe ir de la mano de la investigación básica para una mejor comprensión y avance de la ciencia. En este caso, adquirir conocimientos sobre los portadores sintéticos con el objetivo de aplicarlos en un futuro a modo de herramienta terapéutica para personas con enfermedades dependientes de prolina, como algunos cánceres e hiperprolinemias hereditarias”, explica Gemma Aragay, coordinadora científica del grupo de Pau Ballester en el ICIQ.

Los científicos incorporaron el cavitando en la membrana de los liposomas. Observaron un aumento 30 veces superior en la actividad de transporte de L-prolina en comparación con la difusión pasiva del aminoácido hacia el interior de los liposomas "regulares", así como la selectividad del cavitando por la L-prolina sobre otros aminoácidos. “La L-prolina es un sustrato adecuado para el calix[4]pirrol cavitando debido a la complementariedad entre el tamaño, la forma y los grupos funcionales del cavitando con los del aminoácido”, explica Aragay.

Para estudiar el impacto del cavitando sobre el transporte de prolina en células vivas, los científicos incubaron vesículas sintéticas infundidas con calix[4]pirrol en células cultivadas HeLa para incorporar el cavitando en sus membranas. Los resultados obtenidos en las células revelan que la presencia del cavitando aumenta la difusión de la prolina a concentraciones elevadas de aminoácidos extracelulares, aunque representa un aumento moderado si se compara con el transporte ya realizado por las proteínas de las células.

Por prometedores que sean los resultados, “necesitamos estudiar más a fondo la estructura molecular del complejo cavitando-aminoácido para aumentar la actividad de transporte si queremos aplicar calix[4]pirroles como herramientas terapéuticas”, explica Pau Ballester, jefe del grupo del ICIQ y Profesor ICREA.

“Con este trabajo esperamos impulsar el desarrollo de portadores artificiales para tratar de manera eficaz las enfermedades del metabolismo de los aminoácidos”, concluye Manuel Palacín, responsable del laboratorio de Transportadores de Aminoácidos y Enfermedades del IRB Barcelona, jefe de grupo en el CIBER de Enfermedades Raras, y Catedrático de la Universidad de Barcelona.

 

 

Artículo de referencia:
Facilitated Diffusion of Proline across Membranes of Liposomes and Living Cells by a Calix[4]pyrrole Cavitand
Luis Martínez-Crespo, Jia Liang Sun-Wang, Andres Felipe Sierra, Gemma Aragay, Ekaitz Errasti-Murugarren, Paola Bartoccioni, Manuel Palacín, P. Ballester
Chem, 2020 (DOI: 10.1016/j.chempr.2020.08.018).

IRB Barcelona

El Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) trabaja para conseguir una vida libre de enfermedades. Desarrolla una investigación multidisciplinar de excelencia para ofrecer soluciones pioneras a necesidades médicas no resueltas en el cáncer y otras enfermedades vinculadas al envejecimiento. Establece colaboraciones con la industria farmacéutica y los principales hospitales para hacer llegar los resultados de la investigación a la sociedad, a través de la transferencia de tecnología, y realiza  diferentes iniciativas de divulgación científica para mantener un diálogo abierto con la ciudadanía. El IRB Barcelona es un centro internacional que acoge a alrededor de 400 trabajadores de más de 30 nacionalidades. Reconocido como Centro de Excelencia Severo Ochoa desde 2011, es un centro CERCA y miembro del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST).