Primer mapa a gran escala de lʼinteractoma del grup més gran de receptors de membrana en humans

El nou mapa dʼinteraccions —o interactoma— de GPCR, el més extens descrit fins avui en aquest grup de proteïnes, és un pas endavant per conèixer lʼorigen dʼalgunes patologies neurològiques (Parkinson, Alzheimer, esquizofrènia, epilèpsia i alguns neurogliomes). Conèixer amb detall com es connecten aquestes proteïnes entre si també ajudarà a identificar noves dianes terapèutiques, dissenyar fàrmacs futurs i comprendre els efectes perjudicials associats als medicaments actuals.

En la recerca, publicada a la revista Molecular System Biology i dirigida per Igor Stagljar, de la Universitat de Toronto (Canadà), hi participen els investigadors Francisco Ciruela, Jorge Gandía i Xavier Morató, de la Facultat de Medicina i Ciències de la Salut de la Universitat de Barcelona, lʼInstitut de Neurociències de la UB i lʼInstitut dʼInvestigació Biomèdica de Bellvitge (IDIBELL), entre altres experts.

Lʼinteractoma: com es relacionen les proteïnes en els éssers vius

Cap proteïna actua per si sola; per això, lʼestudi de les interaccions entre proteïnes és fonamental per entendre la complexitat de la xarxa de funcions cel·lulars i fisiològiques en els éssers vius. Conèixer la topologia i els patrons de connectivitat entre proteïnes aporta una visió essencial per comprendre la biologia sistèmica dels éssers vius. La idea de lʼinteractoma —és a dir, la xarxa dʼinteraccions funcionals entre proteïnes— va ser definida per primer cop el 1999 (Sánchez et al., Nucleic Acids Research), i lʼany 2000 es van publicar els primers resultats dʼun interactoma o interaccions proteïna-proteïna (Schwikowski et al., Nature Biotechnology).

Els receptors acoblats a la proteïna G (GPCR) són una família de centenars de proteïnes de membrana biològiques que estan implicades en la transducció de senyals cel·lulars. Aquestes estructures estan completament immerses en les membranes cel·lulars, fet que en dificulta lʼestudi i la manipulació en estudis experimentals.

«Aquest nou treball presenta el primer mapa a gran escala de lʼinteractoma per a la família GPRC en humans. En total, lʼinteractoma descriu 987 noves interaccions proteïna-proteïna en què participen els GPCR i que es produeixen entre 686 proteïnes, 299 de les quals són proteïnes integrals de membrana», detalla el professor Francisco Ciruela.

Tècnica MYTH: un punt dʼinflexió en la metodologia experimental

Tradicionalment, per determinar els interactomes de manera experimental es fan servir dues aproximacions metodològiques: el sistema de doble híbrid en llevat (YTH) i la purificació dʼafinitat acoblada a espectrometria de masses (TAP/MS). No obstant això, en alguns casos la metodologia aplicada altera les propietats de lʼentorn cel·lular i, per tant, de les proteïnes i de lʼinteractoma. La tècnica del doble híbrid de membrana en llevat (MYTH), un protocol innovador aplicat en el nou estudi, ha solucionat aquesta greu limitació experimental.

«Gràcies al protocol MYTH  —apunta Ciruela—, que és una modificació del sistema clàssic de doble híbrid en llevat (YTH), hem pogut estudiar proteïnes integrals de membrana senceres, com ara els GPCR, en el seu entorn cel·lular de membrana. Entre altres resultats obtinguts, sʼha pogut definir lʼinteractoma de 48 GPCR diferents amb la tècnica MYTH».

Xarxes interactòmiques i relacions funcionals entre proteïnes

Interactomes i xarxes biològiques són elements dʼavantguarda en la recerca bàsica per identificar possibles dianes dʼinterès farmacològic. Per elaborar aquestes xarxes interactòmiques de proteïnes dʼalta fiabilitat, cal constatar la interacció i lʼassociació funcional entre proteïnes amb procediments complementaris. En el nou treball, el mapa interactòmic definit amb el sistema MYTH també ha superat una segona ronda de validació amb el mateix sistema MYTH, que ajuda a definir un llistat refinat de companys dʼinteracció per a cada receptor. Posteriorment, un nombre important dʼaquestes interaccions es validen en cèl·lules humanes en cultiu. Així doncs, es van validar 40 de les interaccions descrites per MYTH.

Explorant el potencial terapèutic contra el Parkinson

En un últim pas de lʼestudi, també es van validar de manera funcional dues de les connexions descrites i vinculades amb la malaltia de Parkinson: la del receptor de serotonina 5-HT4d amb els receptors GPRIN2 i GPR37 —un treball de lʼequip dirigit per Ralf Jockers, de la Universitat de París Descartes (França)— i la del receptor A2A dʼadenosina i el receptor GPR37, una destacada contribució científica de lʼequip de la UB i de lʼIDIBELL al treball internacional.

Els experts de la UB-IDIBELL van caracteritzar la interacció molecular del receptor A2A dʼadenosina amb el receptor orfe GPR37 —una molècula associada a la mort de neurones dopaminèrgiques en la malaltia de Parkinson— en un model animal dʼactivitat psicomotora (en concret, en un model de catalèpsia induït pel bloqueig de la transmissió dopaminèrgica).

Segons les conclusions, en models animals que no expressen el receptor GPR37, els fàrmacs antiparkinsonians (per exemple, els antagonistes del receptor A2A dʼadenosina) són més eficaços en la seva activitat prodopaminèrgica.

Les línies de recerca desplegades avui en dia per lʼequip de la UB-IDIBELL van dirigides a esbrinar quina és la funció del GPR37, el seu paper en lʼorigen de la malaltia de Parkinson, i el seu ús potencial com a nova diana terapèutica contra aquesta greu malaltia neurològica.