Los investigadores que trabajan para comprender la bioquímica de la formación de cataratas han hecho un hallazgo sorprendente: una proteína que durante mucho tiempo se creyó que era inerte en realidad tiene una función química importante que protege la lente del ojo de la formación de cataratas.
La lente está compuesta de células llenas de proteínas estructurales llamadas cristalinas. Las cristalinas dentro de cada célula de la lente forman un gel denso en proteínas, y las propiedades ópticas del gel, como su transparencia y la forma en que refracta la luz, ayudan a enfocar la luz enla retina
Pero cuando las proteínas cristalinas se agrupan, ya no son tan transparentes. Si una cantidad suficiente de proteínas pasa de su organización habitual, densamente compacta, soluble en agua a agregados grumosos, comienzan a dispersar la luz entrante, formando depósitos nubosos conocidos como cataratas.
Según el compañero postdoctoral de Harvard Eugene Serebryany, autor principal de un estudio reciente en el Revista de Química Biológica , durante mucho tiempo, los investigadores creían que las proteínas cristalinas eran químicamente inertes. Es decir, a excepción de la agregación a medida que un individuo envejece, no se creía que las proteínas interactuaran mucho con otras proteínas. Serebryany dijo: "Este fue el modelo: cristalina la función real es permanecer monomérica y transparente y evitar la agregación durante el mayor tiempo posible "
Cuando era un estudiante graduado en el MIT, Serebryany usó una forma mutante de la proteína gamma-cristalina de la lente para imitar el daño UV a la proteína. Mientras estudiaba cómo esa mutación hace que la cristalina se agregue en grupos, Serebryany encontró algo sorprendente: elel mutante tenía más probabilidades de agregarse si la proteína de tipo salvaje, o sin daños, también estaba presente.
El profesor de Harvard Eugene Shakhnovich, que colaboró con Serebryany y su asesor graduado, Jonathan King, en los estudios anteriores, describió el hallazgo como "un fenómeno bastante sorprendente" y explicó: "Si tenía estas proteínas dañadas en un tubo de ensayo,no se agregaría por un tiempo. Si tuviera la proteína de tipo salvaje, no se agregaría para siempre. Pero luego, cuando mezcla las dos, ve una agregación rápida y precipitada ".
En otras palabras, la versión saludable de una proteína que todos pensaban que era inerte estaba causando que una versión ligeramente dañada empeorara mucho más rápido.
Cuando Serebryany se graduó, Shakhnovich lo contrató para que continuara trabajando para comprender cómo una proteína supuestamente inactiva podría causar este efecto. Serebryany dijo: "Lo primero que tuve que hacer fue tratar de obtener los experimentos de mi laboratorio de doctorado paratrabajar en este nuevo laboratorio "
"¡Están a solo dos paradas de distancia en el metro!", Bromeó Shakhnovich.
Pero, por alguna razón, Serebryany tuvo problemas para replicar los resultados. "Es un lugar diferente, es un conjunto diferente de instrumentos, un conjunto ligeramente diferente de procedimientos. Ves a dónde va esto", dijo. "de repente, los experimentos que antes eran altamente reproducibles daban mucha variabilidad ".
De hecho, en el laboratorio de Harvard a veces la cristalina de tipo salvaje causaba que la cristalina mutante se agregara, y otras no. Los científicos estaban desconcertados.
Serebryany dijo: "Obviamente, si hay una variabilidad repentina, hay una variable oculta que no vimos antes". Estableció una serie de experimentos tratando de identificar esa variable.
Una comparación cercana de los pesos moleculares de la proteína de tipo salvaje que causó la agrupación del mutante y la proteína que no reveló una diferencia equivalente al peso de dos átomos de hidrógeno. Esto les dio a los investigadores una pista de que el estado redox- si dos átomos de azufre dentro de una molécula de proteína estaban unidos entre sí en lugar de átomos de hidrógeno, podría hacer la diferencia.
"Al realizar experimentos de espectrometría de masas resueltos isotópicamente, obtuvimos más de lo que esperábamos", explicó Serebryany. "No solo el mutante propenso a la agregación adquirió un enlace disulfuro interno por molécula durante la reacción de agregación, sino que promovió la agregaciónla proteína de tipo salvaje perdió su disulfuro al mismo tiempo "
Al mutar los residuos de aminoácidos de cisteína que contienen azufre uno por uno a residuos que no contienen azufre, Serebryany descubrió que dos aminoácidos de cisteína muy juntos en la superficie de la gamma-d-cristalina actuaban como una especie de interruptor.dos unidos, formando una estructura llamada enlace disulfuro, la cristalina parecía ser capaz de empujar las moléculas dañadas hacia la agregación. Cuando las dos cisteínas no estaban unidas, cada una tomaba un átomo de hidrógeno, lo que explicaba el pequeño cambio de masa de la proteína.condición, cristalina de tipo salvaje era inerte.
¿Pero cómo podría un enlace entre los aminoácidos en la superficie de esta proteína hacer que impulse a otras proteínas a agregarse?
Utilizando técnicas biofísicas y bioquímicas, el equipo descubrió que aunque el enlace disulfuro se forma fácilmente, también introduce tensión en la estructura de la proteína. Esto hizo que cada molécula de proteína pasara el enlace disulfuro a una molécula cercana de la proteína, recibiendo dosa cambio, protones. De esta forma, el enlace disulfuro podría pasar constantemente entre las moléculas de proteína cristalina. Los autores compararon el proceso con pasar una papa caliente.
Dada una población entera de proteínas cristalinas sanas y sin daños, este proceso podría continuar indefinidamente. Pero si una proteína ya estaba un poco dañada, los autores mostraron que atrapaba la papa caliente con un conjunto diferente de cisteínas, que eran menos capacespara transmitirla. Esto llevó a la proteína dañada a agruparse. El trabajo previo de los autores reveló que las mutaciones que imitan el daño causado por los rayos UV cambiaron la estabilidad de la proteína, haciéndola más flexible y, por lo tanto, más propensa a adquirir la conformación que exponecisteínas que podrían atrapar la papa caliente.
Esto nos ayuda a comprender la formación de cataratas. Según Shakhnovich, el equipo está trabajando en tratamientos con péptidos que podrían evitar que la "papa caliente" alcance las proteínas dañadas. Serebryany espera que tales péptidos "realmente absorban algunos de esos disulfuros y retrasen el tiempoque se necesita para formar las especies más propensas a la agregación ". Eso podría conducir a una formación de cataratas más lenta para los pacientes.
Este estudio fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud.
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Materiales proporcionados por Sociedad Americana de Bioquímica y Biología Molecular . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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