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Los puentes disulfuro intermoleculares que se establecen entre los residuos de aminoácidos cisteina de muchas proteínas son interacciones fuertes (covalentes) de gran importancia tanto para su estructura como para su proceso de plegamiento, su estabilidad o su función.

Las proteínas naturales una vez sintetizadas deben plegarse, es decir, su cadena polipeptídica debe tomar una determinada conformación tridimensional estable para desempeñar su función biológica. Cuando una proteína pierde su estructura tridimensional nativa también pierde su función. El plegamiento de proteínas en la célula viva es un proceso complejo, que fácilmente cae en errores imposibles de corregir. Por ello se han desarrollado numerosos mecanismos para asegurar que las proteínas recientemente sintetizadas en una forma totalmente desplegada lleguen a su forma de plegamiento funcional o nativo. En particular, la formación de los puentes disulfuro correctos durante el proceso de plegamiento de una proteína supone un problema especial para las células, pues al tratarse de interacciones covalentes la formación de puentes disulfuros incorrectos difícilmente puede ser revertida de forma espontánea dando lugar a la acumulación de proteína mal plegada que puede ser degradada por proteasas o incluso dar lugar a la formación de depósitos de proteína insoluble altamente tóxicos.

En las células eucariotas la formación de los puentes disulfuro se da habitualmente en el retículo endoplasmatico antes de que las proteínas sean exportadas a la superficie celular. Un enzima llamado proteína disulfuro isomerasa ha evolucionado para catalizar de forma específica el intercambio interno de puentes disulfuro evitando de esta manera la acumulación de los arriba mencionados intermediarios con aparejamiento de puentes disulfuro incorrecto, potencialmente tóxicos.

El complejo entorno celular dificulta extremadamente el estudio de la intima relación entre la formación de los puentes disulfuro y el plegamiento proteico. Así, la mayoría de los avances en el con ocimiento de este mecanismo, llamado plegamiento oxidativo, se han realizado in vitro. A pesar de que el plegamiento de proteínas con disulfuros, especialmente de aquellas con pequeño tamaño, ha sido extensamente investigado, tradicionalmente el plegamiento de estas proteínas se ha considerado un caso especial, empleandose técnicas especificas para su caracterización. Además, habitualmente se ha prestado muy poca atención a aspectos cruciales como la termodinámica, la estructura de los intermediarios de plegamiento y la predicción de vías de plegamiento in silico. Esto ha impedido la comparación directa de los datos obtenidos con la abundante información sobre el plegamiento del resto de proteínas.

Para tratar de clarificar este puzzle, miembros de nuestro grupo en el Institut de Biotecnologia i Biomedicina i Dept. de Bioquímica i Biología Molecular de la UAB (Juan L. Arolas, Francesc X. Avilés y Salvador Ventura) conjuntamente con Jui-Yoa Chang en la Universidad de Texas, decidimos realizar una revisión critica de los estudios realizados hasta el momento. Afortunadamente, la reciente resolución de la estructura tridimensional de varios intermediarios de plegamiento de proteínas con disulfuro, juntamente conla información disponible a partir de estudios físico-químicos y cinèticos clasicos nos han proporcionado nuevas claves moleculares sobre el mecanismo del plegamiento oxidativo, permitiendonos clarificar las principales reglas que lo gobiernan, que se pueden resumir de la siguiente manera:

Las proteínas pequeñas con disulfuros presentan una extraordinaria diversidad de vías de plegamiento que difieren básicamente en el numero de intermediarios que se acumulan durante el plegamiento antes de adquirir el estado funcional y en la similitud estructural de estos estados intermediarios al estado nativo. A pesar de esta heterogeneidad de mecanismos, las fuerzas que gobiernan el plegamiento de este tipo de proteínas no difieren significativamente de las que rigen el plegamiento de las proteínas sin disulfuros, esto es el establecimiento de interacciones de tipo nativo entre los diferentes elementos estructurales de las proteínas a medida que estos se van formando desde el estado desplegado en que la cadena polipeptídica es sintetizada. El papel de los puentes disulfuro parece ser el de proporcionar estabilidad extra al estado funcional de las proteínas y no el de condicionar la forma como se llega a este estado desde la forma desplegada.

Estas observaciones permiten salvar la teórica discontinuidad entre el plegamiento de proteínas con disulfuro y proteínas sin disulfuro y avanzar hacia una teoría unificada del plegamiento. La clarificación de las reglas que dirigen las vías de plegamiento oxidativo nos ofrece una oportunidad única para el desarrollo de métodos computacionales para predecir y diseñar el plegamiento de este tipo de proteínas, muchas de ellas con importantes aplicaciones biotecnológicas o biomédicas.