Nuevos datos sobre la agregación proteica y las enfermedades neurodegenerativas

Al igual que en muchas enfermedades neurodegenerativas, los agregados proteicos están presentes en el cerebro y la médula espinal de la inmensa mayoría de pacientes con Esclerosis Lateral Amiotrófica (ELA). Sin embargo, no está claro si estos agregados son los causantes reales de estas enfermedades.

Agregación proteica: ¿causa o consecuencia?

Para echar luz sobre el tema, personal investigador del Centro de Regulación Genómica (CRG) y del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) han usado una técnica llamada mutagénesis profunda. Cogieron TDP-43, una proteína que se acumula en las motoneuronas de prácticamente todos los pacientes con ELA, y crearon alrededor de 50.000 versiones de ésta, cada una con una mutación distinta. Posteriormente, introdujeron cada versión en células de levadura y cuantificaron su toxicidad.

Resultados inesperados

Sorprendentemente, las proteínas mutadas que causaban agregación resultaron ser las menos tóxicas en levaduras, mientras que las versiones más tóxicas se encontraban en estado líquido. Según Ben Lehner, líder del estudio, esto es exactamente lo contrario de lo que esperaban encontrar según el actual conocimiento sobre estas enfermedades. «Parece que la agregación protege a las células, en vez de perjudicarlas», coincide Benedetta Bolognesi, primera co-autora del artículo – juntamente con André Faure – y, actualmente, líder de grupo junior en el IBEC.

«Por supuesto, el estudio se ha llevado a cabo en levaduras, que es un sistema modelo – no sabemos si en humanos hay otros aspectos en juego… Pero este experimento nos demuestra que el agregado en si mismo, en estado sólido, no mata a las células eucariotas. Y esto es importante, porque todos los artículos publicados sobre enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer o el Parkinson, empiezan diciendo «los agregados insolubles o las placas son un marcador distintivo de la enfermedad»; y es cierto, pero no significa que sean la causa», explica la investigadora italiana.

«Es posible que las formas perjudiciales sean intermediarios en el proceso de agregación, pero también podrían estar formándose independientemente a los agregados; podrían no estar relacionados. No lo hemos mirado», alertan los autores.

Los autores crearon >50.000 formas mutantes de TDP-43, la proteína que se acumula en el cerebro de los pacientes con Esclerosis Lateral Amiotrófica (ELA). Han visto que los agregados como tales no matan a las células de levadura.

La investigadora italiana comprobará ahora si esto (que las formas líquidas son perjudiciales y los agregados no) es cierto en células de mamífero. Si se confirma, estaríamos ante un punto de inflexión en el estudio de las enfermedades neurodegenerativas como el ELA o el Alzheimer, el tratamiento de las cuales se ha centrado hasta ahora en estos agregados proteicos, sin éxito.

“Lo que me gusta de este artículo, y de la metodología usada, es que gracias a que analizamos todas las mutaciones posibles podemos ver algunos patrones que no veríamos al analizar una sola mutación», añade Bolognesi.

Las mutaciones genéticas pueden indicar la estructura de las proteínas

La metodología usada, el escaneo profundo de mutaciones, implica crear miles de versiones mutadas de la misma proteína y analizarlas después – y ha demostrado ofrecer nuevos puntos de vista sobre las estructuras de las proteínas y cómo éstas afectan a las células. Su uso para descubrir las estructuras de las proteínas fue propuesto recientemente por el laboratorio de Lehner, y el estudio del TDP-43 lo ha aplicado.

Descifrar la estructura 3D de las proteínas se lleva a cabo, normalmente, por métodos como la cristalografía de rayos X, la espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) o la criomicroscopía electrónica. Todas estas metodologías, sin embargo, tienen limitaciones y suelen ser caras. La predicción computacional a partir de secuencias de aminoácidos no es tan cara, pero no siempre es precisa.

El personal investigador del CRG implementó una aproximación más barata y simple: tomar una proteína, mutar cada uno de sus aminoácidos y, después, analizar cómo cada mutación afecta el crecimiento de las células que contienen la mutación. Encontrando relaciones entre las mutaciones los efectos de las cuales se combinaban de maneras inesperadas, y asumiendo que seguramente estas mutaciones serán colindantes en la proteína doblada, los científicos han podido inferir la estructura 3D de la proteína.

«A pesar de que el escaneo profundo de mutaciones podría ser considerado un método experimental ya muy establecido, existe una gran necesidad de usar herramientas computacionales fáciles de utilizar para analizar e interpretar los resultados obtenidos, tal y como hicimos en este artículo. Este es el motivo por el cual estamos desarrollando DiMSum: un software gratuito para procesar resultados obtenidos a partir del escaneo profundo de mutaciones», añade André Faure, quien dirigió el análisis de datos en el artículo sobre TDP-43.