Los investigadores de Northwestern Medicine desarrollaron una técnica para catalogar cómo las células eliminan las proteínas innecesarias, un proceso que tiene implicaciones para el cáncer y las enfermedades del espectro autista, según los hallazgos publicados en Nature Communications.

Los defectos en la ubiquitinación, o cómo las células eliminan las proteínas innecesarias, han sido implicadas en una variedad de enfermedades, pero los científicos previamente carecían de un método confiable para rastrear las enzimas involucradas en este proceso de eliminación, según Hiroaki Kiyokawa, MD, Ph.D. , profesor de Farmacología y coautor del estudio.
Para combatir esto, un equipo colaborativo dirigido por Kiyokawa y Jun Yin, Ph.D., profesor asociado de Química en la Universidad Estatal de Georgia, desarrolló la transferencia de ubiquitina ortogonal, un método de seguimiento de qué enzimas desencadenan la eliminación de las proteínas. Esta técnica puede dar a los científicos una mejor comprensión de los mecanismos de la enfermedad que surgen de la ubiquitinación anormal, lo que con suerte conduce a una mejor terapia, dijo Kiyokawa.
Ubiquitination banderas proteínas para la destrucción y es facilitado por tres clases de enzimas; Enzimas E1, E2 y E3. La ubiquitina se une a las tres enzimas en secuencia, pero las enzimas E1 y E2 son enzimas cebadores simples, por lo que las células de mamíferos tienen solo un número limitado de variedades E1 y E2. Por otro lado, hay cientos de enzimas E3, lo que sugiere que cada E3 tiene su propio objetivo de proteína único.
“La relación entre las enzimas E3 y la proteína diana es como un candado y una llave”, dijo Kiyokawa, también profesor de Patología y miembro de Robert. H. Lurie Comprehensive Cancer Center de Northwestern University.
La diversidad de proteínas diana y las interacciones débiles significan que puede ser un desafío identificar claramente qué enzima E3 marca qué proteína. Sin embargo, la transferencia ortogonal de ubiquitina (OUT) es una nueva solución al problema, según Kiyokawa.
En OUT, los científicos diseñaron una vía de ubiquitina artificial que imita el sistema nativo, pero solo responde a la ubiquitina mutada, que tiene una etiqueta especial que permite a los científicos identificar la proteína a la que finalmente apunta al final del ciclo.
“Hay dos vías dentro de las mismas células”, dijo Kiyokawa. “El original es como una autopista, y el camino diseñado es un desvío”.
El seguimiento de la eliminación de proteínas podría conducir a terapias mejoradas
Ilustración que muestra la ubiquitina moviéndose desde una enzima E1 a una enzima E2. Crédito: Universidad de Northwestern
En el estudio actual, los investigadores construyeron una ruta artificial para una enzima E3 llamada E6AP, e introdujeron la ubiquitina mutada y las vías en las células. Después de una pantalla proteómica, los científicos pudieron identificar los objetivos proteicos específicos de E6AP.

“Este estudio es solo una muestra de la tecnología, pero creemos que podemos aplicar esto a muchas de las 600 proteínas E3 sin demasiada molestia”, dijo Kiyokawa. “Se sabe que algunas enzimas E3 están sobreexpresadas o mutadas en enfermedades neuronales, por lo que hay una gran cantidad de oportunidades de investigación”.
Sin embargo, se ha demostrado que E6AP, en particular, se dirige a las proteínas supresoras de tumores cuando el virus del papiloma humano las activa incorrectamente, lo que contribuye al aumento del riesgo de cáncer que enfrentan los pacientes infectados. Además, se sabe que el locus del gen que codifica E6AP está mutado en el síndrome de Angelman, un trastorno del espectro autista.
“Todavía no sabemos por qué E6AP necesita ser mutado para mostrar los síntomas del síndrome de Angelman, pero la investigación de objetivos específicos puede enseñarnos más sobre los mecanismos fisiopatológicos de la enfermedad autista”, dijo Kiyokawa.
La investigación adicional en objetivos específicos ya está en marcha: Kiyokawa y sus colegas publicaron recientemente otro estudio que involucra a OUT, esta vez en Science Advances.
Descubrieron que una enzima E3 diferente, CHIP, estaba involucrada en la degradación de CDK4, una enzima que desempeña un papel clave en la proliferación celular.
“Parece ser un mecanismo que puede detener el ciclo celular bajo estrés”, dijo Kiyokawa. “Si esta regulación se rompe, el organismo puede ser más susceptible al cáncer”.
Sin embargo, no es suficiente simplemente identificar estos objetivos de ubiquitinación, según Kiyokawa.
“Necesitamos aprender por qué estos objetivos recién definidos están bajo la regulación de las enzimas E3 si deseamos encontrar nuevos objetivos terapéuticos”, dijo. “Solo entonces podemos desarrollar medicamentos o tratamientos”

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