El estudio presenta un nuevo enfoque para mapear las interacciones proteína-receptor

Uno de cada tres medicamentos aprobados por la FDA se dirige a una única superfamilia de receptores repartidos por la superficie de las células humanas. Desde betabloqueantes hasta antihistamínicos, estos medicamentos esenciales que salvan vidas desencadenan sinuosas vías bioquímicas, a través de estos receptores, para, en última instancia, prevenir un ataque cardíaco o detener una reacción alérgica en seco.

Pero los científicos han descubierto que su historia es mucho más complicada de lo que se creía inicialmente; En realidad, varios de estos medicamentos se dirigen a un complejo formado por un receptor y una proteína asociada. Ahora, un nuevo estudio en Avances científicos introduce un nuevo enfoque para mapear las interacciones entre 215 de estos receptores y las tres proteínas con las que forman complejos. Los hallazgos amplían drásticamente la comprensión de estas interacciones y su potencial terapéutico.

«En el aspecto técnico, ahora podemos estudiar estos receptores a una escala sin precedentes», dice la primera autora Ilana Kotliar, ex estudiante de posgrado en el Laboratorio Rockefeller de Biología Química y Transducción de Señales, dirigido por Thomas P. Sakmar. «Y en el aspecto biológico, ahora sabemos que el fenómeno de estas interacciones proteína-receptor está mucho más extendido de lo que se pensaba originalmente, lo que abre la puerta a futuras investigaciones».

Territorio desconocido

Esta familia de receptores se conoce como GPCR o receptores acoplados a proteína G. Sus proteínas accesorias se conocen como RAMP, abreviatura de proteínas modificadoras de la actividad del receptor. Las RAMP ayudan a transportar los GPCR a la superficie celular y pueden alterar en gran medida la forma en que estos receptores transmiten señales al cambiar la forma del receptor o influir en su ubicación. Debido a que los GPCR rara vez existen en el vacío, identificar un GPCR sin considerar cómo las RAMP podrían influir en él es un poco como conocer el menú de un restaurante sin verificar su horario, dirección u opciones de entrega.

Puede haber dos células en el cuerpo donde el mismo fármaco se dirige al mismo receptor; pero el medicamento sólo funciona en una célula. La diferencia es que una de las células tiene una RAMPA que lleva su GPCR a la superficie, donde el medicamento puede interactuar con ella. Por eso las RAMP son tan importantes”.

Thomas P. Sakmar, profesor Richard M. e Isabel P. Furlaud

Sabiendo esto, Sakmar y sus colegas decidieron desarrollar una técnica que permitiera a los investigadores analizar el efecto de cada RAMP en cada GPCR. Un mapa tan completo de las interacciones GPCR-RAMP impulsaría el desarrollo de fármacos, con el beneficio añadido de posiblemente explicar por qué algunos fármacos GPCR prometedores misteriosamente no han dado resultado.

Esperaban que dicho mapa también contribuyera a la biología básica al revelar con qué ligandos naturales interactúan los distintos GPCR llamados «huérfanos». «Todavía no sabemos qué activa muchos GPCR en el cuerpo humano», afirma Kotliar. «Es posible que las pantallas se hayan perdido estos partidos en el pasado porque no estaban buscando un complejo GPCR-RAMP».

Pero recorrer cada interacción GPCR-RAMP fue una tarea desalentadora. Con tres RAMP conocidas y casi 800 GPCR, investigar todas las combinaciones posibles era poco práctico, si no imposible. En 2017, Emily Lorenzen, entonces estudiante de posgrado en el laboratorio de Sakmar, comenzó una colaboración con científicos del Laboratorio Science for Life en Suecia y el Proyecto Sueco Atlas de Proteína Humana para crear un ensayo capaz de rastrear las interacciones GPCR-RAMP.

Cientos de experimentos a la vez

El equipo comenzó uniendo anticuerpos del Human Protein Atlas a perlas magnéticas, cada una precoloreada con uno de 500 tintes diferentes. Luego, estas perlas se incubaron con una mezcla líquida de células diseñadas que expresaban varias combinaciones de RAMP y GPCR. Esta configuración permitió a los investigadores examinar simultáneamente cientos de posibles interacciones GPCR-RAMP en un solo experimento. A medida que cada perla pasaba a través de un instrumento de detección, se utilizó una codificación de colores para identificar qué GPCR estaban unidos a qué RAMP, lo que permitió una detección de alto rendimiento de 215 GPCR y sus interacciones con las tres RAMP conocidas.

«Gran parte de esta tecnología ya existía. Nuestra contribución fue una tecnología habilitante construida sobre ella», afirma Sakmar. «Hemos desarrollado una técnica para probar cientos de complejos diferentes a la vez, lo que genera una enorme cantidad de datos y responde muchas preguntas simultáneamente».

«La mayoría de la gente no piensa en términos multiplex. Pero eso es lo que hicimos nosotros: 500 experimentos a la vez».

Aunque este trabajo es la culminación de un esfuerzo de equipo durante un largo período de tiempo, Kotliar hizo esfuerzos hercúleos para llegar a la meta, transportando muestras y reactivos escasos de ida y vuelta desde Suecia en raros períodos de tiempo durante el COVID.

Valió la pena. Los resultados proporcionan un puñado de recursos largamente esperados para los investigadores y desarrolladores de fármacos de GPCR: bibliotecas en línea disponibles públicamente de anticuerpos anti-GPCR, genes de GPCR diseñados y, por supuesto, las interacciones mapeadas. «Ahora puedes escribir tu receptor favorito, descubrir qué anticuerpos se unen a él, si esos anticuerpos están disponibles comercialmente y si ese receptor se une a una RAMP», dice Sakmar.

Los hallazgos aumentan en un orden de magnitud el número de interacciones GPCR-RAMP identificadas experimentalmente y sientan las bases para técnicas que pueden ayudar a detectar combinaciones de GPCR e identificar autoanticuerpos dañinos. «En última instancia, es un proyecto impulsado por la tecnología», dice Sakmar. «Eso es lo que hace nuestro laboratorio. Trabajamos en tecnologías para avanzar en el descubrimiento de fármacos».