Capturando una proteína gigante: cinco nuevas formas de atrapar la huntingtina

La enfermedad de Huntington (EH) está causada por un cambio en un único gen conocido como huntingtina. Este gen contiene las instrucciones para fabricar la proteína huntingtinaProteína huntingtina Proteína producida por el gen de la EH. A pesar de que han pasado más de tres décadas desde que se descubrió el gen de la EH, los científicos siguen intentando averiguar exactamente qué hace la proteína huntingtinaProteína huntingtina Proteína producida por el gen de la EH en células sanas y cómo la versión de la EH causa la enfermedad.

Una de las razones por las que el progreso ha sido tan lento es que la huntingtina es muy difícil de estudiar. Es enorme, está plegada de formas complicadas y las herramientas de las que disponían los científicos no eran muy buenas para atraparla. En un nuevo estudio, un equipo de Canadá y Japón creó herramientas químicas totalmente nuevas: diminutos anillos de proteína llamados macrociclos que pueden agarrar la huntingtina en cinco puntos distintos. Entonces, ¿qué han creado, qué han aprendido y por qué importa para la EH?

Una proteína gigante difícil de ver

Para entender el reto, ayuda imaginarse la huntingtina. Si la mayoría de las proteínas son como electrodomésticos corrientes con una sola función, la huntingtina se parece más a una cocina completa, construida para sostener muchas tareas distintas a la vez.

Es una cadena muy larga que se pliega formando dos grandes bultos conectados por un puente flexible. El cambio genético que causa la EH está al principio de la proteína huntingtinaProteína huntingtina Proteína producida por el gen de la EH, donde un segmento corto repetido (hecho de un bloque de construcción llamado glutaminaglutamina el fragmento formado por aminoácidos que se repite demasiadas veces al comienzo de la proteína huntingtina mutad) se expande de forma anómala. Normalmente, las personas tienen alrededor de 20–35 de estas glutaminas; en la EH, ese número supera las 35 y puede llegar a 50, 80 o más.

La huntingtina tiene muchos trabajos en el cuerpo. Ayuda a mover cosas dentro de las células, permite que las células se dividan y limpia la basura. Pero no sabemos exactamente cómo hace todo esto.

Sí sabemos una cosa con seguridad: la huntingtina tiene una mejor amiga llamada HAP40, una proteína más pequeña que se le pega, conocida como compañera de unión. Hasta ahora, HAP40 ha sido la única compañera de unión de la que los científicos tienen una imagen estructural detallada. Determinar qué más hace la huntingtina y con quién ha estado limitado por la falta de herramientas precisas y específicas para atraparla.

Construyendo garfios moleculares

Para crear mejores herramientas, los científicos usaron un sistema ingenioso llamado RaPID. Piensa en RaPID como una enorme fiesta de citas rápidas entre diminutos péptidos (pequeños trozos de proteína) y la huntingtina. El equipo creó una colección gigantesca de alrededor de un billón de péptidos diminutos distintos: ¡un 1 seguido de 12 ceros!

Cada péptido se dobló formando un anillo cerrado, algo así como una goma elástica. Una forma en bucle o plegada puede agarrarse a las cosas más fácilmente que una hebra recta, igual que un clip doblado puede engancharse a objetos, mientras que un alambre recto simplemente se desliza.

Cada pequeño anillo de péptido llevaba su propia etiqueta (hecha de ADN) unida. Así, cuando un anillo se unía a la huntingtina, los científicos podían leer su etiqueta y saber exactamente qué péptido era. Hicieron varias rondas de “pesca” para exponer la colección de péptidos en anillo a la huntingtina, ya fuera sola o unida a su amiga HAP40. Redujeron el conjunto a solo los más pegajosos, y cinco péptidos en anillo resultaron ser los mejores para unirse a la huntingtina: HL2, HL5, HD4, HHL1 y HHD3.

Ver exactamente dónde se pega cada anillo de péptido

Encontrar anillos de péptidos que se peguen a la huntingtina es solo el primer paso. Después, los científicos querían saber dónde agarraba cada uno a la huntingtina y con qué fuerza. Usaron tres métodos muy interesantes para averiguarlo:

• Pruebas que miden lo fuerte que se agarran los anillos. Los cinco anillos se agarraron con muchísima fuerza, lo bastante como para ser herramientas útiles y quizá incluso un punto de partida para posibles fármacos que pudieran “pescar” huntingtina tóxica.
• Un método llamado HDX-MS que muestra qué partes de una proteína quedan cubiertas cuando un anillo se le pega. Cuando un anillo se une a la huntingtina, protege ciertas zonas, dejando una “huella” que ayuda a los científicos a averiguar dónde está aterrizando el anillo.
• Microscopía crioelectrónica (crio-EM), que es un microscopio superpotente que congela proteínas y crea imágenes 3D tan nítidas que puedes ver átomos individuales. (Sí, es tan genial como suena.) Esto mostró los contactos exactos que hace cada péptido con la proteína huntingtinaProteína huntingtina Proteína producida por el gen de la EH.

Esto es lo que encontraron: dos anillos (HL2 y HD4) agarran la huntingtina en zonas alejadas de su mejor amiga HAP40.

Otros dos anillos (HHL1 y HHD3) solo funcionan cuando HAP40 está presente, encajando en un pequeño bolsillo justo entre las dos amigas y plegándose en una forma como el número 8 para ajustarse.

El último anillo (HL5) solo “prefiere” la huntingtina cuando está sola, sin HAP40.

Y aquí va un punto importante: los cinco anillos se unieron igual de bien a la huntingtina sana y a la huntingtina expandida, lo cual es especialmente útil en una herramienta diseñada para estudiar la proteína tanto en células sanas como enfermas.

Pescando a las amigas de la huntingtina en células reales

Las herramientas útiles tienen que funcionar en la vida real, no solo en tubos de ensayo. Así que los científicos añadieron un pequeño gancho (llamado biotina) a sus anillos de péptidos, como un anzuelo en una línea de pesca. Usaron estos péptidos como cebo para ver si podían capturar huntingtina en células humanas cultivadas en placas, junto con cualquier otra cosa que estuviera pegada a ella.

Una amiga de la huntingtina destacó muy por encima del resto: HAP40. Apareció una y otra vez, en todos los tipos celulares que probaron los científicos, incluidas células parecidas a neuronas, similares a las que se dañan en la EH. Incluso en células con repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH. más largas (como Q45 o Q81), la huntingtina siempre tenía HAP40 pegada.

Se ha informado de que más de 3.000 proteínas distintas pueden tocar la huntingtina, pero este experimento muestra que HAP40 es la que realmente está ahí todo el tiempo. Esto sugiere con fuerza que la huntingtina y HAP40 funcionan como una sola unidad la mayor parte del tiempo, y que la forma “real” de la huntingtina dentro de las células puede ser casi siempre el par huntingtina–HAP40.

Por qué esto importa para la enfermedad de Huntington

Estos nuevos anillos aún no son medicamentos, y los científicos tienen cuidado de no decir que lo sean. Pero abren un montón de puertas emocionantes.

Primero, funcionan igual de bien que las herramientas que se usaban antes para pegarse a la huntingtina y visualizarla (llamadas anticuerpos), pero son más pequeños, más baratos y pueden agarrar muchas partes distintas de la huntingtina, no solo una. Además, son lo bastante pequeños como para que quizá puedan colarse dentro de células vivas y unirse a la huntingtina, algo que los anticuerpos actuales no pueden hacer. Eso permitiría a los científicos estudiar la huntingtina dentro de células vivas de formas que ahora mismo son imposibles.

Segundo, las imágenes 3D de alta resolución de estos anillos de péptidos pegados a la huntingtina son como planos para diseñar futuros medicamentos. Por ejemplo, la forma de 8 muestra dos pequeños bolsillos en el punto de encuentro huntingtina–HAP40 a los que podrían dirigirse futuros fármacos, potencialmente para “pescar” huntingtina tóxica. Los anillos también podrían usarse como la parte de “agarre” de nuevas herramientas muy interesantes como PROTACs (herramientas que le dicen a la célula que tire la huntingtina a la basura) o trazadores PET que podrían ayudar a los médicos a visualizar la huntingtina dentro del cerebro de los pacientes.

Tercero, el hecho de que la huntingtina esté casi siempre con HAP40 dentro de las células replantea cómo deberíamos abordarla. Si queremos entender qué hace la huntingtina o cómo arreglarla cuando cambia y se vuelve tóxica, probablemente tengamos que estudiarla con HAP40, no por sí sola. Ahora los científicos tienen un conjunto de herramientas más preciso para investigar el misterio de si la huntingtina puede funcionar sin HAP40.

Mirando hacia el futuro

Como toda la ciencia, este artículo deja muchas preguntas. Los anillos se unen a la huntingtina sana y a la huntingtina de la EH de la misma manera, así que todavía no pueden decirnos cómo dirigirnos solo a la forma dañina, algo en lo que los investigadores siguen trabajando.

Los siguientes pasos serán probarlos dentro de animales vivos y rediseñarlos para que puedan colarse en las células. También se encontraron algunos posibles nuevos compañeros de unión de la huntingtina, como ACADVL y HEY1, para los que hacen falta más pruebas para confirmarlo.

Esta investigación le da a la comunidad de la EH un conjunto totalmente nuevo de herramientas para una proteína que ha sido muy difícil de atrapar. Igual que los microscopios increíbles cambiaron lo que los científicos podían ver, estos diminutos anillos de péptidos prometen transformar lo que podemos preguntar sobre la función de la huntingtina, en salud, en enfermedad y en la búsqueda de una cura.

Resumen

• La enfermedad de Huntington (EH) está causada por un cambio que hace que la proteína huntingtinaProteína huntingtina Proteína producida por el gen de la EH sea anormalmente larga. Los científicos aún no saben del todo qué hace esta proteína, porque es enorme y difícil de estudiar con las herramientas existentes.
• Usando un sistema llamado RaPID, el equipo probó alrededor de un billón de diminutos fragmentos de proteína en forma de anillo e identificó cinco que se unen de forma fuerte y específica a la huntingtina, cada uno en un punto distinto y bien definido.
• Un microscopio de alta resolución mostró exactamente cómo se unen los anillos a la huntingtina. Dos de ellos incluso se pliegan en una llamativa forma de 8 para encajar en un bolsillo entre la huntingtina y su mejor amiga HAP40.
• Cuando se usaron los anillos para “pescar” huntingtina de células humanas reales, casi siempre capturaron HAP40 junto con ella, independientemente del tipo celular o de la longitud de la repetición CAG.
• Estos anillos son relativamente baratos, pequeños y flexibles, así que podrían ayudar a crear futuros medicamentos para la EH, herramientas de imagen cerebral y nuevas formas de destruir la huntingtina dañina.