Creating Biomedical Technologies to Improve Health

Huellas Moleculares Aceleran el Desarrollo de Drogas

Wednesday, March 30, 2005

Un haz de radiación X sincrotrónica (más a la izquierda) destruye las moléculas de agua para formar radicales hidroxilo. Estos reaccionan ante las cadenas químicas en una molécula de proteasa de adenovirus (izquierda) para reflejar, en el modelo en 3D que se observa a la derecha, el modo en que el ADN adenoviral (rojo) se liga y activa la proteasa de la AVP. Imagen utilizada con la autorización de la American Society for Biochemistry and Molecular Biology (Sociedad de Bioquímica y Biología Molecular de los EE.UU.)

Un haz de radiación X sincrotrónica (más a la izquierda) destruye las moléculas de agua para formar radicales hidroxilo. Estos reaccionan ante las cadenas químicas en una molécula de proteasa de adenovirus (izquierda) para reflejar, en el modelo en 3D que se observa a la derecha, el modo en que el ADN adenoviral (rojo) se liga y activa la proteasa de la AVP. Imagen utilizada con la autorización de la American Society for Biochemistry and Molecular Biology (Sociedad de Bioquímica y Biología Molecular de los EE.UU.)

Por primera vez, un estudio por imagen de última generación muestra en detalle la manera en que el ADN viral interactúa con una enzima que es extremadamente importante para la duplicación viral. Al contar con estos nuevos datos, los científicos ya han comenzado a buscar drogas que podrían tratar las infecciones mediante la desestabilización de dicha interacción.

Los investigadores utilizaron un método conocido como “estudio de huellas por radiación X sincrotrónica” para entender exactamente de qué manera el ADN viral se liga y activa la enzima. Las enzimas son catalizadores biológicos que regulan una variedad de procesos que tienen lugar dentro de las célula vivas. Con la obtención de huellas por radiación X, los científicos podrían localizar con toda precisión los puntos de contacto entre la molécula de ADN y la molécula de la enzima. Simulaciones computarizadas tridimensionales han revelado que la estructura del ADN cubre más de la mitad de la superficie de la enzima viral, lo que proporciona gran cantidad de blancos para posibles drogas antivirales.

Esta amplia unión parece abrir dos regiones en la molécula de la enzima lo que expone su sitio activo y hace que ésta sea más potente, expresa el Dr. Mark Chance, director del Albert Einstein Center for Synchrotron Biosciences del Albert Einstein College of Medicine. El ADN actúa como una correa elástica tensa que se expande a través de las dos regiones y las separa como si fueran las dos partes de una concha de almeja.

Dr. Chance y sus colegas estudiaron la enzima conocida como proteinasa de adenovirus (AVP, por su sigla en inglés), que deriva del adenovirus humano. Esta enzima es responsable de las infecciones respiratorias, gastrointestinales y oculares. Asimismo, el adenovirus causa resfríos y conjuntivitis aguda e incluso, a veces, ceguera. Debido a que la enzima AVP tiene características similares a las enzimas vinculadas a muchos otros patógenos, como por ejemplo el HIV, es posible que los estudios de la AVP colaboren en el desarrollo de drogas para el tratamiento de una diversidad de enfermedades infecciosas.

Como una proteasa, o enzima que escinde la proteína, la AVP destruye las así denominadas proteínas de andamiaje que ayudan al adenovirus a construir las nuevas partículas de virus. Al igual que un edificio recién construido no puede utilizarse hasta que los trabajadores hayan retirado los andamios, las nuevas partículas de adenovirus no pueden madurar y transformarse en infecciosas hasta tanto la AVP haya desmantelado las proteínas de andamiaje. Pero antes de que la AVP pueda derribar el andamio, es necesario que se conecte o active.

Recientemente, el Dr. Walter Mangel, coautor del estudio y biólogo del Brookhaven National Laboratory, y sus colegas, descubrieron que el ADN adenoviral ayuda a activar la AVP. Dicho hallazgo les llevó a plantear que las nuevas drogas podrían obstaculizar la duplicación del adenovirus al mantener el ADN y la AVP separados. No obstante, los científicos necesitaban comprender mejor la manera en que interactúan el ADN y la AVP.

“Mangel se comunicó con nosotros debido a que tenía la presunción de que el ADN se ponía en contacto con la proteasa en algunas regiones específicas, pero no contaba con evidencia contundente” afirmó el Dr. Chance. “En aquel entonces la tecnología de obtención de huellas no estaba tan perfeccionada, por lo que pensamos que ésta sería una buena molécula de prueba para examinar.”

El centro de investigación del Dr. Chance inventó la técnica de obtención de huellas por radiación X sincrotrónica a finales de la década de 1990. Con la colaboración de sus colegas, el Dr. Chance continúa mejorando la tecnología gracias a una beca de 5.1 millones de dólares en cinco años otorgada por el National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering de EE.UU. en el año 2003.

El estudio de huellas por radiación X sincrotrónica se realiza en una estructura con forma de anillo denominada sincrotrón. El sincrotrón acelera los electrones para que produzcan rayos X de alta intensidad. Los científicos disparan rayos X sincrotrónicos sobre moléculas de agua para formar radicales hidroxilo que luego interactúan con una proteína u otra molécula escindiéndola en puntos clave. Porciones de la molécula sepultadas en pliegues o regiones unidas a otras moléculas son de esta manera protegidas de los radicales hidroxilo. La ausencia de ruptura en esos espacios deja “huellas" que muestran el sitio en donde la molécula se pliega y tienen lugar las uniones químicas.

Los investigadores utilizaron el estudio de huellas para identificar los puntos de contacto entre la AVP y el ADN. Posteriormente, el modelado en tres dimensiones por computadora permitió visualizar la interacción molecular basándose en dichos puntos de contacto. La imagen tridimensional de las moléculas después de la unión muestra claramente el sitio activo en el que la enzima se vuelve más accesible. “La transformación de los datos del estudio de huellas en modelos tridimensionales permite elevar nuestras expectativas sobre los futuros estudios que emprendamos”, manifiesta el Dr. Chance.

El quipo del Dr. Chance continúa mejorando la tecnología del estudio de huellas por imagen. Los investigadores están trabajando para encontrar nuevas formas de visualizar entidades biológicas más voluminosas, tales como grandes complejos macromoleculares. Además, están ampliando el número de estructuras químicas abordables a través de estudios de huellas. “Lo que deseamos es ver toda la superficie de la proteína que esté a nuestro alcance", afirma el Dr. Chance.

Este estudio está auspiciado en parte por el National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (Instituto Nacional de Bioingeniería y Estudios por Imagen para las Ciencias Biomédicas), el National Cancer Institute (Instituto Nacional para la Investigación del Cáncer), el National Institute of Allergy and Infectious Diseases (Instituto Nacional de Alergia y Enfermedades Contagiosas), y la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía del gobierno de los Estados Unidos.

Referencia

Gupta S, Mangel WF, McGrath WJ, Perek JL, Lee DW, Takamoto K, Chance MR. DNA binding provides a molecular strap activating the adenovirus proteinase. Molecular & Cellular Proteomics 3:950-959, 2004.