Las proteínas de la membrana celular esconden "puertas secretas" a través de las cuales se puede modificar el comportamiento de la célula. Un hallazgo del Instituto de Investigación del Hospital del Mar, y publicado por Nature Communications, mediante simulación molecular de alta resolución, que puede facilitar la creación de nuevos medicamentos o mejorar el mecanismo de actuación de los ya existentes.
Al respecto, Jana Selent, coordinadora del Grupo de investigación en descubrimiento de fármacos basados en GPCRs del Programa de Investigación en Informática Biomédica (GRIB) del Instituto de Investigación del Hospital del Mar, ha explicado a Gaceta de Salud que los resultados del estudio, impulsado por 13 centros de investigación sobre biomoléculas, se sustentan en simulaciones por ordenador que han logrado un nivel de detalle nunca visto.
"Existe una necesidad en gran parte no explorada que es fundamental para el desarrollo racional de nuevos tratamientos terapéuticos: que sean más selectivos, más eficientes y con menos efectos secundarios. Abordar esta necesidad requiere resolver la dinámica de las biomoléculas involucradas en la señalización celular a lo largo del tiempo, con una resolución ultra alta, hasta la escala atómica, algo que los métodos experimentales actuales no pueden lograr por sí solos. Para enfrentar este desafío, lanzamos el mayor proyecto de computación del mundo enfocado en los receptores de la superficie celular", ha afirmado la experta.
'Puertas secretas' en las células
Sobre la contribución de este hallazgo a la creación de nuevos medicamentos o a los ya existentes, Selent ha puntualizado que el hecho que la comunidad científica haya comprendido mejor la estructura de las biomoléculas, que permiten a las células comunicarse entre sí, ha permitido que se abran puertas para diseñar medicamentos de forma más precisa y con mejores resultados.
Sin embargo, ha agregado que "esta información se ha basado en imágenes estáticas, como si solo tuviéramos una foto fija de cómo se ve una molécula en un instante determinado. Pero las biomoléculas no son estáticas: cambian de forma, se mueven y reaccionan ante estímulos del entorno. Por ejemplo, los canales que regulan el paso de iones a través de la membrana celular necesitan abrirse o cerrarse mediante cambios en su estructura".
Simulación molecular de alta resolución
En esta línea, la investigación del equipo que lidera Selent ha logrado capturar esta "película" dinámica de las biomoléculas con un nivel de detalle sin precedentes. "Gracias a ello, ahora podemos observar cómo se abren y cierran pequeños bolsillos donde los medicamentos pueden unirse, bolsillos que antes estaban ocultos en las imágenes estáticas. Lo más emocionante es que hemos descubierto una gran cantidad de sitios de unión completamente nuevos, lo que abre enormes posibilidades para desarrollar tratamientos más eficaces, más específicos y con menos efectos secundarios que los actuales" ha afirmado la experta.
Los investigadores han podido ver a nivel atómico, en tiempo real y en su entorno, cómo los lípidos de la membrana celular interactúan con los receptores acoplados a proteínas G (GPCRs) situados en la misma ubicación. Con estas interacciones surgen nuevas vías para la modulación de funciones celulares que no se podrían ver de otra manera.
Uno de los grandes desafíos en el desarrollo de nuevos fármacos es lograr que actúen solo donde se necesita, sin afectar otras partes del cuerpo. "Esto es especialmente importante en el caso de los receptores GPCR, ya que muchos medicamentos que se dirigen a un receptor específico también pueden influir en otros receptores parecidos, lo que puede causar efectos secundarios no deseados. Gracias a nuestro estudio, que analiza con gran detalle todas las estructuras de este tipo de receptores GPCR, ahora podemos identificar las zonas únicas donde se pueden unir los medicamentos en cada tipo de receptor. Esto permite diseñar tratamientos mucho más selectivos y seguros para los pacientes", ha puntualizado la experta.
Si bien la simulación molecular ha sido una técnica ya establecida, ha estado limitada por su alto coste computacional, lo que ha restringido su aplicación a un solo tipo de receptor GPCR. "La singularidad de nuestra investigación radica en que hemos superado estas limitaciones, logrando obtener información de alta resolución aplicable a todas las estructuras de GPCR", ha destacado la coordinadora del GRIB del Instituto de Investigación del Hospital del Mar.
Receptores GPCR en el desarrollo de medicamentos
Según ha manifestado la investigadora, los receptores GPCR son clave en el desarrollo de medicamentos porque controlan muchas funciones del cuerpo, como el dolor, el estado de ánimo, el sueño o la presión arterial. En esta línea, más de un tercio de los medicamentos actuales (34%) actúan sobre estos receptores, lo que los convierte en uno de los objetivos más importantes para tratar enfermedades de forma precisa y efectiva.
Aunque el estudio publicado se basa en datos de 190 experimentos que abarcan el 60% de los GPCR conocidos, el trabajo continúa para descubrir los mecanismos que utilizan las proteínas para modular el funcionamiento celular. Hasta ahora, los investigadores han podido comprobar que, más allá de los accesos conocidos, existen otros que solo son visibles mediante simulaciones por ordenador y que pueden ser aprovechados para el desarrollo de nuevos e innovadores tratamientos terapéuticos.
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