Publicado 05/03/2021 07:13CET

Proteínas celulares similares al velcro, clave para la fuerza de los tejidos

La adhesión celular implica interacciones complejas entre proteínas en ambas células.
La adhesión celular implica interacciones complejas entre proteínas en ambas células. - ZHAOQIAN SU, WU LAB

MADRID, 5 Mar. (EUROPA PRESS) -

Una nueva investigación de la Universidad de Colorado, en Estados Unidos, proporciona nuevas pistas importantes sobre un misterio antiguo sobre cómo obtienen su fuerza los tejidos corporales, al identificar cómo proteínas especializadas llamadas cadherinas unen fuerzas para hacer que las células se peguen y permanezcan juntas.

Los hallazgos, publicados esta semana en la revita 'Proceedings of the National Academy of Sciences', podrían conducir a más tejidos artificiales y medicamentos para combatir tumores.

"Una mejor comprensión de estas proteínas permite el diseño de tejidos de ingeniería más efectivos que imitan mejor los materiales biológicos, así como terapias contra el cáncer que son más eficientes y específicas para el objetivo", explica Connor Thompson, autor principal y estudiante de posgrado en el Departamento de Química e Ingeniería biológica.

Por ejemplo, si un tratamiento contra el cáncer pudiera bloquear una interacción específica de estas proteínas cadherina, podría potencialmente ralentizar el crecimiento del tumor al detener o ralentizar la formación de nuevos vasos sanguíneos en los tumores, explica Thompson.

Las proteínas cadherina son importantes en nuestro organismo porque facilitan la unión y adhesión de las células en los tejidos neurales, cardíacos, placentarios y cutáneos, entre otros, ayudándoles a mantener su función y forma.

Estas proteínas grandes en forma de bastón en la membrana celular median la información entre el interior y el exterior de la célula. Donde sobresalen, pueden unirse con otras proteínas cadherinas de la misma célula, así como con las de otras células.

Estas proteínas se descubrieron por primera vez hace más de 40 años. Pero en su trabajo sobre ellos desde entonces, los científicos se han quedado perplejos por el hecho de que los enlaces individuales entre estas proteínas son débiles.

"Hay algunas preguntas importantes sin respuesta sobre el pegamento que mantiene juntas estas células y tejidos --añade Daniel K. Schwartz, coautor del artículo y profesor de Ingeniería Química y Biológica de Glenn L. Murphy--. Ha habido una brecha en la comprensión entre las interacciones aparentemente bastante débiles entre las proteínas y esta unión muy fuerte que tienen las células en los tejidos".

Esta nueva investigación ayuda a llenar el vacío. Al igual que el velcro, según el estudio, cuantas más piezas se pegan, más fuerte es la unión y más duradera. Esta fuerza amplificada no solo entre proteínas que existen en la misma célula, sino entre proteínas ubicadas en diferentes células, creando enlaces 30 veces más fuertes que la suma de sus fortalezas individuales. Y una vez que comienza el vínculo, estos vínculos se vuelven cada vez más fuertes.

Las proteínas se forman a partir de una paleta de ingredientes muy limitada, añade Schwartz. A diferencia de las infames "proteínas de pico" que se encuentran en el virus que causa COVID-19, las cadherinas se mueven en una membrana fluida, capaces de reorganizarse y unirse para unirse con otras proteínas para formar grupos y rejillas.

En las publicaciones anteriores de Thompson sobre las proteínas cadherinas, estudió el movimiento de estas proteínas y cómo interactúan y se unen entre sí en la misma membrana celular. En esta nueva investigación, finalmente descubrió cómo se unen tan fuertemente entre diferentes membranas celulares.

"Suena como un pequeño avance, pero en realidad fue un gran salto, y requirió que él desarrollara métodos completamente nuevos --resalta Schwartz--. Esos métodos en sí mismos pueden terminar siendo uno de los mayores impactos que surgen de este trabajo".

Thompson realizó experimentos utilizando microscopía de molécula única y transferencia de energía de resonancia de Förster (FRET) en las instalaciones de BioFrontiers Advanced Light Microscopy Core, desarrolló métodos completamente nuevos para controlar y estudiar las interacciones de la proteína cadherina y analizó macrodatos utilizando nuevos algoritmos de aprendizaje automático como parte de una colaboración equipo multiuniversitario.

Con esta tecnología, Thompson pudo ver simultáneamente las moléculas moverse y cuándo se unirían entre sí, momento en el que se produce un cambio de color. El uso de big data permitió a los investigadores observar decenas de miles de interacciones entre las moléculas.

La naturaleza del mundo a nivel molecular es que todo choca constantemente con todo lo demás, incluidos los enlaces que han formado las proteínas cadherinas, según Schwartz. "Pero cuando las interacciones son muy fuertes, permanecen vinculadas por más tiempo", concluye Thompson.