Ciencia Quimica | Nueva técnica de espectroscopía infrarroja para el análisis del “Docking Molecular”

La interacción entre las proteínas y los  fármacos puede ahora analizarse detalladamente.

Investigadores de la Cátedra de Biofísica de la universidad del Rhür (Alemania) han desarrollado un nuevo método para el estudio detallado de la interacción entre fármacos y sus proteínas objetivo. La industria farmacéutica ya ha tomado conocimiento de la nueva técnica de espectroscopia de infrarrojos que parece tener prometedoras aplicaciones de manera inmediata. La técnica será posiblemente  aplicada  investigación farmacológica ,como por ejemplo las interacciones proteína- agente-en la K4DD, un  proyecto de la UE, que es apoyado por varias grandes empresas farmacéuticas europeas. “Ahora tenemos una herramienta en nuestras manos con las que podemos investigar la dinámica de las proteínas farmacológicamente interesantes en detalle atómico”, dijo el Prof. Dr. Klaus Gerwert. “Queremos llevar a cabo un examen objetivo de las bibliotecas de sustancias para buscar posibles agentes farmacológicos.” El  Dr. Carsten Kötting agregó que : ”con esta nueva técnica  la estructura de nuestros futuros fármacos puedrá ser mejor adaptada a la de las  proteínas que causan la enfermedad, lo que puede reducir notablemente los efectos secundarios negativos de estos fármacos”. Se describe el nuevo método junto con el Dr. Jörn Güldenhaupt y Pinkerneil Philipp en la revista científica ChemPhysChem, que dedica su portada a este tema.

El nuevo método:

Docking MolecularMediante la espectroscopia de infrarrojos-raman , los investigadores siguen procesos dinámicos en las proteínas.

Durante mucho tiempo, esta técnica sólo podía ser empleada para su uso con proteína  activadas, pero no en las proteínas que se activan mediante la unión con otros compuestos – como suele ser ocurrir en la muchas de las patologías asociadas a  este tipo de interacción proteína-ligando. Para analizar la dinámica de dichas proteínas, los investigadores tienen que ”fijar”  las proteínas sobre una superficie a medir y verter la sustancia farmacológica sobre ellas, de manera las proteínas se puedan interactuar y ser activadas por esta sustancia. A pesar de que esta técnica de unión es posible, no se puede utilizar para todas las proteínas. El  equipo del RUB ha trabajado en torno a este problema mediante la combinación de infrarrojos (IR) con una técnica de espectroscopia de superficie sensible (reflectancia total atenuada) y los llamados “His-Tagging” (proteínas de anclaje a la superficie de medición).Reflectancia total atenuada: el haz infrarrojo para todas las proteínas

En espectroscopia IR convencional, un haz de infrarrojos se transmite a través de una muestra de líquido; parte de la luz es absorbida por las proteínas, lo que permite a los investigadores de sacar conclusiones acerca de su estructura. Los investigadores del RUB, hacen pasar de la luz infrarroja a través de un cristal de germanio, en cuya superficie se habían anclado las proteínas objeto de estudio. En la superficie del cristal de la luz se refleja una y otra vez, con lo que se produce la difusión a través del cristal (reflectancia total atenuada). Durante este proceso, algunas de las ondas de luz dejan el cristal y alcanzan a las proteínas que se fijan a la superficie. Una técnica similar, la resonancia de plasma superficial, es el estándar para el uso en la industria farmacéutica, pero no tiene las capacidades de resolución atómica de la nueva técnica. Parte de la cadena: la His-Tag

Esta unión de las proteínas al cristal logra a través del uso de la His-Tag, una simple cadena de aminoácidos, que se unen a las proteínas comúnmente hoy en día para permitir su estudio bioquímico – que es esencialmente un adaptador universal. A través de la His-Tag los investigadores RUB-eran capaces de anclar la proteína a la del cristal de germanio. Como resultado, las moléculas se consolidaron firmemente a la superficie de medición, que transmite la luz infrarroja de las proteínas por el proceso de reflectancia total atenuada. La gran ventaja: una gran cantidad de proteínas ya están equipados con la His-Tag, por lo que el examen con el nuevo método es problemático. Todas las otras proteínas a la que está unido un His-Tag ahora también se puede acceder por espectroscopia IR. “Esto ayudará a responder a una multitud de cuestiones biológicas y médicas”, dijo Gerwert. Establecimiento del nuevo método con el interruptor de proteína Ras

El equipo del RUB  intentó por primera vez su nuevo método en el interruptor de la proteína Ras, que podría decirse que la central de encendido / apagado para el crecimiento celular. Las proteínas Ras son GTPasas de bajo tamaño molecular localizadas en la cara interna de la membrana plasmática, donde están ciclando continuamente entre el estado activo (complejo Ras.GTP) y el estado inactivo (complejo Ras.GDP). Las mutaciones activantes de Ras impiden que la actividad intrínseca de Ras funcione correctamente hidrolizando el GTP a GDP, lo que conlleva una permanente activación de la proteína., por lo que es una de las causas más frecuentemente responsables de causar cáncer. Los investigadores lograron la fijación de la Ras  a la superficie de medición con la His-Tag, y luego activar las Ras al unirse a un ligando. “La técnica es tan sensible que podría resolver la señal de una capa de proteína cinco nanómetros de espesor. Eso es alrededor de 1/10000 del diámetro de un cabello humano”, dijo  el investigador del RUB Dr. Jörn Güldenhaupt, que contribuyó de manera significativa al desarrollo del nuevo método. Incluso los más pequeños cambios estructurales del  interruptor de la proteína Ras  fueron reconocidos con la “proteína-Nanoscope”.Financiación de  los proyectos