Investigadores de la UPF diseñan un nuevo sistema experimental de cribado para identificar péptidos con potencial terapéutico

Una investigación internacional liderada por investigadores del Departamento de Medicina y Ciencias de la Vida (MELIS) de la Universidad Pompeu Fabra y de la Universidad de Stanford (California) han diseñado un sistema para identificar péptidos altamente selectivos y con un elevado potencial terapéutico. El método se basa en el uso de bacteriófagos modificados biológica- y químicamente para cribar, con alta precisión, hasta 1 billón de péptidos simultáneamente. Esto permite identificar aquellos que pueden distinguir con éxito proteínas muy similares que desempeñan un papel relevante en el desarrollo del cáncer y la diabetes, respectivamente, y que, ahora mismo, se están tratando con fármacos poco específicos.

El estudio experimental, publicado en la revista Journal of the American Chemical Society, presenta la nueva técnica, basada en el phage display, o presentación en bacteriófagos, para reconocer específicamente la interacción entre dos proteínas: proteasa y sustrato. La nueva técnica ha permitido identificar con mucha precisión péptidos que pueden distinguir proteínas muy similares –con un 70% de homología– como son la proteína de activación de fibroblastos α (FAPα, por sus siglas en inglés) y la dipeptidil peptidasa 4 (DPP4). Proteínas que desempeñan un papel relevante en el cáncer y la diabetes tipo 2, respectivamente.

La FAPα es una proteína con alto potencial terapéutico que se sobreexpresa en el 90% de los carcinomas y que, cuando se presenta con niveles elevados, se asocia a un mal pronóstico. Este factor tiene una estructura muy similar a la DPP4 –una proteína sobre la que actúan fármacos para regular la diabetes tipo 2–, por lo que existe reactividad cruzada entre fármacos inhibidores de la FAPα que reconocen inespecíficamente la DPP4.

Para distinguir selectivamente las dos proteínas, el equipo de investigación ha realizado dos modificaciones a la técnica mencionada. Han añadido un péptido macrocíclico y un elemento fluorescente en la librería de sustratos que debían analizarse. “El péptido macrocíclico, por su forma de anillo, reduce la flexibilidad del sustrato, lo que nos ayuda a minimizar las uniones inespecíficas con otras proteasas”, explica Marta Barniol-Xicota, jefa del Grupo de Química Biológica del MELIS-UPF y colíder del estudio. Y el elemento de fluorescencia permite identificar en tiempo real la proteína sustrato de interés, incluso si el test se realiza con elementos vivos.

Así, han podido reducir la reactividad cruzada entre proteasas y sustratos, y se han quedado solamente con aquellas interacciones fuertes y específicas. “Con esta técnica conseguimos un reconocimiento de proteínas diana más riguroso que lo que pueden hacer algunos fármacos que se están administrando”, comenta Barniol-Xicota. Un ejemplo es un medicamento para la diabetes tipo 2 aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) de Estados Unidos que actúa sobre la DPP4 en humanos, pero también sobre la proteína homóloga en bacterias, lo que podría alterar el microbioma de las personas que lo consumen.

Según Barniol-Xicota, los péptidos que han diseñado se pueden utilizar en vivo –en estudios con células y organismos– con fines diagnósticos, ya que “las estructuras circulares son más rígidas y, por tanto, más resistentes a la degradación”. Además, gracias a su elevada selectividad, la técnica es más sensible porque, "al reducir las reacciones inespecíficas, no hace falta tener una gran cantidad de proteasa para identificar la proteína a la que se asocia".

Por eso estos nuevos péptidos selectivos podrían servir para identificar biomarcadores de pronóstico en algunos cánceres o la detección de nuevas dianas terapéuticas de otras enfermedades. Además, gracias a la capacidad de emitir fluorescencia, esta nueva técnica podría tener aplicaciones en medicina en cirugías guiadas por fluorescencia.

Sobre las proteasas

Las proteasas son proteínas encargadas de la degradación de otras proteínas, lo que llamamos sustrato, que intervienen en multitud de procesos celulares. Por eso, juegan un papel fundamental en la regulación de la vida y la muerte de las células. Dado su papel regulador, las proteasas se han convertido en una diana terapéutica muy atractiva en enfermedades cardiovasculares, la infección por VIH, la diabetes, las enfermedades respiratorias o incluso el cáncer. Por eso hay fármacos que intentan tratar estas patologías modificando la actividad de las proteasas.

Los humanos tenemos unas 600 proteasas que actúan degradando con mucha precisión distintas proteínas del organismo. Las proteasas se agrupan en una docena de familias y, en una misma familia, encontramos proteínas con un grado de similitud muy alto. Por eso es difícil diseñar moduladores que sean suficientemente selectivos para actuar específicamente sobre una proteasa o su sustrato. Esto deriva en una baja especificidad de los tratamientos y malos resultados clínicos.