Una sonda química permite regular una vía de señalización esencial en las células

Científicos asociados al Structural Genomics Consortium en Brasil controlan una senda de comunicación celular con un compuesto químico inhibidor de una proteína cinasa

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – Las células de los seres humanos y de los animales vertebrados e invertebrados poseen una vía de señalización llamada WNT dependiente de la proteína β-catenina que es fundamental en el desarrollo de los embriones, en la proliferación celular y en la estructuración de los tejidos. La desregulación de la WNT puede causar malformaciones en los embriones y una serie de enfermedades, tales como el cáncer de mama y el de cuello uterino. 

Pero un grupo de científicos del Centro de Química Medicinal (CQMED), en Brasil, descubrió una forma de regular esta vía. El CQMED, creado con el apoyo de la FAPESP a través del Programa de Apoyo a la Investigación en Asociación para la Innovación Tecnológica (PITE), es una unidad de la estatal Empresa Brasileña de Investigación e Innovación Industrial (Embrapii) especializada en el área de biofármacos y fármacos. En esta unidad trabajan investigadores del Centro de Biología Molecular e Ingeniería Genética y del Instituto de Biología de la Universidad de Campinas (Unicamp), en colaboración con el Structural Genomics Consortium (SGC). El CQMED sigue contando con el apoyo de la FAPESP, y también cuenta con el del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq) y el de la Coordinación de Perfeccionamiento del Personal de Nivel Superior (Capes), a través del Programa de Institutos Nacionales de Ciencia y Tecnología de Brasil. 

Los resultados de este estudio, originado en una colaboración de los laboratorios del SGC −con sede en la Unicamp, en las universidades de Carolina del Norte en Chapel Hill, en Estados Unidos, de Oxford, en Inglaterra, y de Fráncfort, en Alemania− con otras instituciones de investigación de Estados Unidos, el Reino Unido y Japón, salieron publicados en la revista Cell Reports. 

“Mediante la aplicación de un compuesto sintetizado químicamente que desarrollamos durante los últimos años, logramos avanzar en la comprensión y regular la vía de señalización WNT dependiente de la proteína β-catenina”, declaró Roberta Regina Ruela de Souza, posdoctoranda en el SGC-Unicamp con beca de la FAPESP y una de las primeras autoras del estudio, a Agência FAPESP. 

El compuesto químico empleado para estudiar el funcionamiento de la vía de señalización WNT fue un inhibidor selectivo de la proteína cinasa 1 asociada a la AP2 (AAK1), desarrollado por investigadores del SGC-Unicamp. 

Estudios recientes indicaban que la AAK1 toma parte en la endocitosis, y que este proceso –mediante el cual las células captan y llevan hacia su interior diversos tipos de partículas del medio extracelular tales como micronutrientes, e incluso algunos tipos de virus y bacterias– cumpliría un papel regulador en la vía de señalización WNT. La inhibición de la AAK1 haría disminuir la frecuencia de la endocitosis, según apuntaban dichos estudios. 

A los efectos de comprobar estas hipótesis y verificar cuál es el rol específico que desempeña la AAK1 en la señalización WNT, los investigadores utilizaron al inhibidor de ésta como una sonda química, una pequeña molécula capaz de unirse selectivamente e inhibir la función de una proteína relacionada con enfermedades en un modelo biológico. 

Los resultados de los análisis de los experimentos demostraron que la AAK1 inhibe la señalización WNT dependiente de β-catenina en células derivadas de diversos tipos de tejidos al promover la endocitosis de la proteína 6 relacionada con el receptor de lipoproteína de baja densidad (LRP6). 

Para activar una cascada de señales, la proteína WNT inicialmente se une al LRP6. Al ser activado por la WNT, el LRP6 desencadena una serie de señalizaciones internas en la célula, de manera tal de hacer que la misma pueda concretar los procesos relacionados con el desarrollo, el crecimiento y la proliferación celular. Al mismo tiempo, la WNT acciona a la AAK1, de manera tal de desconectarse e impedir que su proliferación indefinida cause problemas en la vía de señalización, lo cual pueden dar origen al cáncer y a otra serie de enfermedades. 

Para desconectar a la WNT, la AAK1 activa la endocitosis del LRP6, de manera tal de reducir la presencia del mismo en la membrana plasmática de la célula y hacer que no permanezca disponible para unirse a la WNT, según constataron los científicos. “De este modo, la AAK1 logra desconectar la vía e interrumpir toda la cascada de señalización”, explicó Ruela de Souza. 

Los investigadores también constataron que el silenciamiento genético o la inhibición farmacológica de la AAK1 con el inhibidor que desarrollaron activa inversamente la señalización de la WNT, al estabilizar los niveles de la proteína β-catenina en las células. 

“Estos descubrimientos abren la posibilidad de regular la actividad de esta vía de señalización. El compuesto químico inhibidor de la AAK1 puede volver a esta vía más activa, al permitir que el LRP6 permanezca en la membrana plasmática de la célula, por ejemplo”, dijo la investigadora. 

Un precursor de un fármaco

Los descubrimientos realizados durante este estudio también confirmaron que la molécula inhibidora de la AAK1 que desarrollaron contempla el criterio referente a una sonda química y puede erigirse en un precursor de un fármaco que interfiera en procesos que dependan de la endocitosis, como el ingreso de determinados virus a la célula huésped, por ejemplo.

En el marco de una colaboración con otros grupos, los investigadores podrán estudiar la aplicación de este inhibidor para impedir la infección por arbovirus, que son los virus que transmiten los mosquitos, tales como el del dengue, el de la fiebre amarilla y el virus del Zika.

“Sabemos que estos virus pueden infectar a las células por la vía de la endocitosis. Al inhibir esta vía con la sonda química que desarrollamos, sería posible bloquear la entrada de dichos virus a las células”, dijo Ruela de Souza.

Al seguir la premisa del SGC de operar en un sistema de “ciencia abierta”, el inhibidor de la AAK1 será puesto en dominio público, para que cualquier investigador ligado a una universidad, un instituto de investigación o una industria farmacéutica pueda realizar estudios que redunden eventualmente en el desarrollo de fármacos basados en esta molécula.

“El SGC actúa al comienzo de la cadena de descubrimientos de fármacos. Producimos sondas químicas para proteínas humanas que pueden aplicarse como moléculas iniciales en el desarrollo de fármacos que llevan a cabo las industrias farmacéuticas”, dijo Ruela de Souza.

Aparte de la investigadora, otros siete científicos autores del artículo están vinculados al CQMED y al SGC-Unicamp.

Puede leerse el artículo intitulado WNT activates the AAK1 kinase to promote clathrin-mediated endocytosis of LRP6 and establish a negative feedback loop (DOI: 10.1016/j.celrep.2018.12.023), de Megan J. Agajanian, Matthew P. Walker, Alison D. Axtman, Roberta R. Ruela de Sousa, D. Stephen Serafin, Alex D. Rabinowitz, David M. Graham, Meagan B. Ryan, Tigist Tamir, Yuko Nakamichi, Melissa V. Gammons, James M. Bennett, Rafael M. Couñago, David H. Drewry, Jonathan M. Elkins, Carina Gileadi, Opher Gileadi, Paulo H. Godoi y Michael B. Major, en la revista Cell Reports, en el siguiente enlace: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124718319533?via%3Dihub.