Más de 36 millones de personas en todo el mundo, incluidos 1,2 millones en los EE. UU., Viven con una infección por VIH. Los cócteles antirretrovirales de hoy bloquean la forma en que el VIH se replica, madura y penetra en las células no infectadas, pero no pueden erradicar el virus.
Mike Kent, investigador del Centro de Ciencias Biológicas e Ingeniería de los Laboratorios Sandia National, está estudiando una proteína llamada Nef involucrada en la progresión del VIH al SIDA con el objetivo final de bloquearla. Él y sus colaboradores han desarrollado un nuevo método híbrido para estudiaresta proteína del VIH que compromete el sistema inmunitario. El método también podría funcionar en muchas otras proteínas que dañan los procesos celulares y causan enfermedades.
Nef va a la membrana de la célula infectada y engaña a la célula para que destruya sus propios receptores de señalización del sistema inmunitario, lo que permite que la célula infectada evada el sistema inmunitario. Nef también secuestra las comunicaciones celulares para facilitar la reproducción del virus.Para interactuar con las proteínas del huésped, Nef necesita cambiar de forma.
Esta proteína que cambia de forma es tan importante que los monos rhesus infectados con una versión del virus de inmunodeficiencia Simian estrechamente relacionado que carece de la proteína Nef no desarrollan síntomas de inmunodeficiencia.
"Nef es una proteína esencial para el SIDA. Cumple sus misiones al alterar la señalización y el tráfico de receptores. Se une a los receptores críticos del sistema inmunitario y luego indica a las células que las destruyan. Si sabes cómo funciona esta proteína, tienes una mejordisparó al desarrollo de drogas para detenerlo ", dijo Kent.
La combinación de dos técnicas revela la estructura y función de Nef
Kent y el equipo del profesor de química bioanalítica John Engen de la Northeastern University combinaron dos técnicas biofísicas conocidas para descubrir cómo Nef cambia la estructura para realizar sus funciones.
Kent es un experto en reflectometría de neutrones, una técnica que obtiene información estructural a escala nanométrica sobre películas y membranas biológicas. Su equipo utilizó esta técnica para comparar la estructura global de Nef en su forma unida a la membrana versus su inactivo, sin membranaformar.
El fuerte de Engen es la espectrometría de masas de intercambio de hidrógeno-deuterio, una técnica que mide la estructura local y la flexibilidad de las proteínas. El equipo la utilizó para obtener información sobre la estructura local y la dinámica de Nef cuando está unida a la membrana.
La información global de la reflectometría de neutrones muestra solo la ubicación promedio de Nef en relación con la membrana. La dinámica local de la espectrometría de masas de intercambio de hidrógeno-deuterio se adquiere para muchas porciones pequeñas de la proteína, mostrando la flexibilidad de 30 secciones superpuestas que colectivamentecubren el 90 por ciento de Nef. Juntos construyen una imagen más completa de Nef y sus cambios estructurales.
La información global y local específica de péptidos respaldaba una suposición generalizada de que, al unirse a la membrana, Nef cambia su estructura para interactuar con los receptores de señalización y otras proteínas del huésped: una hipótesis sin apoyo, hasta ahora.
"Las personas han estado estudiando Nef durante mucho tiempo y había un modelo de cómo la gente pensaba que la proteína podría verse y ser. Nef es una proteína difícil de estudiar porque solo puedes cristalizar la parte doblada de la proteína, yaproximadamente la mitad de la proteína no está estructurada. Además, no se puede estudiar la forma unida a la membrana mediante cristalografía ", dijo Kent.
"Es la primera vez que alguien mide este tipo de cambios estructurales y los resultados fueron consistentes con el modelo hipotético", continuó Kent. "Los detalles de estos cambios de forma proporcionan nuevas ideas moleculares importantes sobre cómo funciona Nef". Este método podría conducir aa nuevos ensayos para detección de drogas.
Para combinar las dos técnicas, el equipo primero necesitaba hacer un aparato especial. Necesitaba contener una monocapa de lípidos planos, hecha de grasas saturadas, que imitaran la membrana biológica. También tenía que integrarse con el equipo en las fuentes de neutrones paramediciones de reflexión de neutrones y permiten el intercambio rápido de la capa de soporte acuosa para los experimentos de intercambio de hidrógeno-deuterio.
Otro desafío fue producir correctamente la proteína Nef. En las células infectadas, Nef está marcado con un lípido especial que sirve para anclar el Nef a la membrana celular. El equipo de Engen tuvo que producir Nef que contenía este lípido esencial, conocido como grupo miristato.
Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud. Las mediciones de reflexión de neutrones se realizaron en el Centro de Investigación de Neutrones en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y en la Fuente de Neutrones de Espalación en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge.
El nuevo método podría responder muchas preguntas sobre el VIH, otras enfermedades
Con el método híbrido y el aparato único en mano, el equipo está buscando fondos para responder preguntas adicionales sobre Nef.
"Lo estudiamos solo; ahora queremos estudiarlo con sus compañeros de unión, con las proteínas del huésped y los complejos que forma, y en presencia de moléculas de fármacos o inhibidores", dijo Kent. "Evitar que se una consus socios o inhibirlo de adoptar la conformación que conduce a la degradación del receptor tendría importantes implicaciones médicas ".
Tom Smithgall, de la Facultad de Medicina de la Universidad de Pittsburgh, coautor de uno de los documentos del equipo, actualmente está analizando posibles fármacos que podrían bloquear las acciones de Nef.
Kent también espera aplicar este método híbrido a otros problemas estructurales importantes de las proteínas asociadas a la membrana, incluida la maduración del virus; la fusión de los virus con las membranas de las células huésped; el funcionamiento de las toxinas bacterianas como el botulínico, el tétanos y la difteria; y las célulasdisfunciones de señalización que van desde el cáncer hasta la regulación de los niveles de colesterol.
"Existe un gran potencial para combinar estas dos técnicas en un sentido más general. No hay otras formas de obtener este tipo de información específica y directa sobre las proteínas de membrana esenciales. Este es un nicho significativo de problemas biológicos que no podríanantes de nuestro trabajo, y hemos dado algunos grandes pasos hacia adelante. El beneficio futuro depende de cuán ampliamente podamos aplicar el método más allá de esta proteína del VIH ", dijo Kent.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Sandia National Laboratories . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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