Investigadores del MIT han descubierto que la formación de gotas altamente concentradas de enzimas, como las quinasas, puede acelerar las reacciones celulares y optimizar las condiciones bioquímicas necesarias para activar vías de señalización en las células. Este fenómeno, conocido como separación de fases, permite a las quinasas organizarse y aumentar su actividad, lo que puede tener implicaciones significativas en el desarrollo de tratamientos contra el cáncer. Al comprender cómo se forman estas gotas, los científicos podrían diseñar fármacos más efectivos que se dirijan específicamente a estas enzimas. Los hallazgos se publicaron en la revista Cell Reports. Para más detalles, visita el enlace: https://biblioteca.cibeles.net/enzymes-that-assemble-into-droplets-can-speed-up-cellular-reactions/.
En la última década, los biólogos han descubierto que una de las estrategias que utilizan las células para mantener su contenido organizado se basa en un fenómeno conocido como separación de fases. Este proceso es similar a cómo el aceite forma gotas que flotan en una solución de vinagre. En el interior de las células, las proteínas pueden separarse para formar gotas altamente concentradas que ayudan a mantenerlas organizadas.
Un nuevo estudio realizado por investigadores del MIT ha revelado que esta formación de gotas es crucial para controlar la función de un tipo de enzimas denominadas kinasas. Los científicos encontraron que al condensarse en gotas, se optimizan las condiciones bioquímicas necesarias para que las kinases catalicen reacciones, lo que les permite activar más rápidamente las vías de señalización celular.
“Muchas moléculas biológicas tienen esta propensión a separarse espontáneamente. Nos interesaba saber qué consecuencias tiene la formación de estas gotas en el contexto de la señalización”, explica Lindsay Case, profesora asistente de biología en el MIT y autora principal del estudio. Comprender cómo se forman estas gotas podría ayudar a diseñar fármacos dirigidos a las kinases, algunas de las cuales pueden estar sobreactivas en células cancerosas.
Case añade: “Entender la química de estos compartimentos y qué moléculas entran o no en ellos podría ayudarnos a diseñar medicamentos que se localicen mejor en su objetivo”. Nicholas Lea, estudiante graduado del MIT, es el autor principal del artículo que se publica hoy en Cell Reports.
Desde sus días como estudiante de posgrado, Case ha investigado cómo la organización física de las moléculas dentro de las células afecta su función. Durante su postdoctorado, comenzó a estudiar cómo la separación de fases podría influir en una vía de señalización que permite a las células detectar cuando están unidas a su entorno y responder adecuadamente.
Algunas proteínas en esta vía son kinases, responsables de activar otras proteínas mediante la adición de grupos fosfato. Estas kinases también pueden activarse a sí mismas mediante un proceso conocido como autofosforilación.
Los hallazgos sugieren que en células cancerosas, la sobreexpresión de FAK puede llevar a una separación de fases, lo cual contribuye a impulsar la progresión y metástasis del cáncer. “Puede ser que para algunas kinases no deban formarse estas gotas en el citoplasma porque eso conduce a una señal siempre activa, haciendo que las células ya no respondan a la información proveniente del entorno”, señala Case.
Interferir con la capacidad del FAK para formar gotas podría ofrecer una nueva estrategia para el desarrollo de fármacos contra el cáncer. Además, los investigadores también estudiaron otras dos kinases, Mst2 y Abl, encontrando que también podían separarse en fases a altas concentraciones, aumentando así su actividad.
A medida que avanza la investigación, Case espera explorar la posibilidad de diseñar medicamentos capaces de imitar la atracción del ATP hacia estas gotas dentro de una célula. Esto podría ayudar a reducir los efectos secundarios negativos asociados con los tratamientos actuales.
"Al localizar los medicamentos en el compartimento donde se encuentra su objetivo, podríamos disminuir los efectos fuera del objetivo al concentrar el medicamento junto al interés específico y reducir interacciones con otras moléculas", concluye Case.
Este trabajo fue financiado por diversas instituciones incluyendo un Searle Scholars Program Award y los Institutos Nacionales de Salud.