Nuevo método para entender la dinámica de las proteínas y la regulación de los procesos celulares

Los procesos celulares se regulan mediante el equilibrio entre diferentes formas de las proteínas, que las hacen activas o inactivas. En la complejidad de las regulaciones celulares, la forma (o conformación) preferida de una proteína a menudo depende de la unión a otra molécula (llamada “efectora”), lo que implica que la misma proteína puede ejercer funciones distintas en función del efector al que se una.

A nivel molecular, las funciones de las proteínas se traducen así en una dinámica de las proteínas, lo cual es esencial para el desarrollo de todos los procesos celulares, desde la división celular hasta el suministro de energía y la determinación del destino celular.

Investigadores liderados por el Dr. Modesto Orozco del laboratorio de Modelización Molecular y Bioinformática del IRB Barcelona han desarrollado un nuevo procedimiento computacional que permite descubrir y la cuantificar las distintas formas funcionales de las proteínas, posibilitando de este modo desvelar los detalles moleculares de los procesos celulares. Este trabajo se centra en las proteínas con regulación alostérica, lo que significa que el cambio en su forma ocurre en una región distante del punto de unión del efector.

Con este método, los científicos han estudiado la regulación de la adenilato ciclasa (AC), una enzima clave involucrada en el control de una amplia variedad de procesos celulares, entre los que se incluyen los efectos de varias hormonas y la regulación del metabolismo energético. El trabajo ha revelado una regulación ON/OFF sorprendentemente simple de la dinámica funcional de la AC.

“El enfoque que proponemos puede utilizarse para entender en mayor profundidad el proceso regulador de potencialmente cualquier vía celular bajo regulación alostérica (que son la mayoría) y tiene consecuencias de gran alcance para aplicaciones farmacéuticas y biotecnológicas”, explica el Dr. Orozco, también catedrático de la Facultad de Biología de la Universidad de Barcelona.

En base a trabajos anteriores sobre información coevolutiva

El nuevo enfoque propuesto, centrado en la información coevolutiva, se basa en trabajos anteriores llevados a cabo por el laboratorio de Modelización Molecular y Bioinformática. La alineación de múltiples secuencias puede ser utilizada para rastrear la historia evolutiva de una proteína, y se pueden detectar posiciones de aminoácidos coevolucionados. Esta información se puede emplear para impulsar la búsqueda de estructuras de proteínas nativas y alternativas.

“Nuestro trabajo aprovecha la información coevolutiva para reducir la complejidad de todas las formas posibles disponibles en las regulaciones proteína-proteína, reduciendo así el ruido para centrar nuestra atención en solo unas pocas formas funcionales, que de este modo podemos cuantificar”, explica el Dr. Francesco Colizzi, primer autor del estudio.

Esta investigación ha recibido financiación del Programa Marco de Investigación e Innovación Horizon 2020 de la Unión Europea, el BioExcel Center of Excellence, la Generalitat de Catalunya y el Ministerio de Ciencia e Innovación del Gobierno de España.

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Probing allosteric regulations with coevolution-driven molecular simulations
Francesco Colizzi & Modesto Orozco
Science Advances (2021) DOI: 10.1126/sciadv.abj0786