Desvelar la estructura de las proteasas intramembrana

Las proteínas de membrana representan un tercio del total de las proteínas presentes en los seres vivos. Aunque la mitad de las dianas farmacológicas son proteínas de membrana, solo se ha caracterizado estructuralmente un 1 % de estas proteínas. La presenilina es una proteasa intramembrana implicada en diferentes procesos fisiológicos y en la aparición temprana de la enfermedad de Alzheimer.

Estudios previos no tuvieron éxito a la hora de determinar la estructura de la proteína presenilina humana. Por tanto, los investigadores del proyecto financiado por la Unión Europea INTRAMEMPROT (Mechanistic and structural insight into di-aspartyl intramembrane proteases) se propusieron estudiar proteínas homólogas de la presenilina (PSH) en organismos procariotas. Estos trabajaron en aras de obtener nueva información estructural y funcional sobre una familia de proteínas de membrana de arqueobacterias, ya que su estructura es muy parecida a la de la presenilina.

Para tal fin, el equipo del proyecto clonó treinta y tres PSH diferentes así como mutantes estabilizantes de enzima para la expresión en E. coli. Los investigadores lograron producir y purificar con éxito diez de estos clones PSH. Sin embargo, a pesar del gran esfuerzo dedicado a la optimización para obtener buenos cristales de PSH, el estudio estructural de estas proteínas se vio limitado por su pobre capacidad de difracción de rayos X.

Por tanto, los investigadores cambiaron su enfoque de estudio y se centraron en la determinación estructural de las CDP-alcohol fosfotransferasas. Estas son proteínas de membrana responsables de la biosíntesis de lípidos de membrana esenciales. Uno de estos lípidos, la cardiolipina, es clave en el proceso respiratorio de bacterias y mitocondrias eucariotas. En este sentido, se logró determinar la estructura tridimensional de una CDP- alcohol fosfotransferasa de arqueobacterias, proporcionando por primera vez información sobre el mecanismo de reacción de esta familia de enzimas unidas a membrana.

En conjunto, las actividades del proyecto INTRAMEMPROT superaron con éxito las limitaciones generales relacionadas con la determinación de la estructura tridimensional de enzimas unidas a membrana. La información generada ha conducido a descubrimientos importantes sobre sus dominios de unión a sustrato y cambios conformacionales. Por último, la metodología adaptada podría mejorar los estudios cristalográficos en otras proteínas.