En biología estructural, algunas moléculas son tan inusuales que sólo pueden captarse con un conjunto único de herramientas.

Así es precisamente como un equipo de investigación multiinstitucional dirigido por científicos del Salk definió cómo los anticuerpos pueden reconocer un compuesto llamado fosfohistidina, una molécula muy inestable que se ha descubierto que desempeña un papel fundamental en algunas formas de cáncer, como el de hígado y mama y el neuroblastoma.

Estos conocimientos no sólo permiten a los investigadores realizar estudios más avanzados sobre la fosfohistidina y su posible papel en el cáncer, sino que también permitirán a los científicos manipular la forma y la composición atómica de los sitios de unión de los anticuerpos con el fin de diseñar anticuerpos aún más eficaces en el futuro.

El estudio se ha publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Nos entusiasma que estas nuevas estructuras de anticuerpos revelen nuevos principios de unión al antígeno.

Ahora podemos rediseñar estos anticuerpos y diseñar sus propiedades para hacerlos más eficientes", dice Tony Hunter, profesor de la Cátedra Renato Dulbecco y de la Sociedad Americana del Cáncer en Salk y autor principal del trabajo. "Este trabajo también puede proporcionar a otros científicos anticuerpos de fosfohistidina que se adapten mejor a sus objetivos de investigación".

Los aminoácidos se unen en secuencias precisas para formar proteínas, y varios de ellos pueden sufrir transformaciones químicas que pueden cambiar la actividad de la proteína para bien o para mal.

Una de estas transformaciones es un proceso llamado fosforilación, en el que se añade un compuesto llamado fosfato a un aminoácido, cambiando su forma y su carga.

Anteriormente, Hunter demostró que la fosforilación en el aminoácido tirosina puede impulsar la progresión del cáncer, un descubrimiento que dio lugar a numerosos medicamentos contra el cáncer.

Más recientemente, Hunter centró su atención en la fosforilación del aminoácido histidina (que da lugar a la fosfohistidina), sospechando que este proceso también podría desempeñar un papel en las enfermedades humanas.

Hunter desarrolló un conjunto de anticuerpos capaces de unirse a la fosfohistidina en las proteínas y utilizó análogos de la fosfohistidina químicamente estabilizados para desarrollar una serie de anticuerpos monoclonales que pudieran reconocer estas formas.

El siguiente paso fue comprender exactamente cómo los anticuerpos son capaces de unirse a la fosfohistidina.

Esto llevó a Hunter a colaborar con Ian Wilson, catedrático Hansen de Biología Estructural del Instituto de Investigación Scripps y experto de renombre mundial en el uso de la cristalografía de proteínas para definir las estructuras de los anticuerpos, para estudiar las estructuras de los anticuerpos de fosfohistidina.

"Mi colega Tony y yo llevamos siete años colaborando en este proyecto", dice Wilson. "Hemos obtenido nuevos conocimientos sobre cómo pueden evolucionar los anticuerpos para reconocer los fosfatos unidos a las proteínas, lo cual es muy satisfactorio".

Para averiguar cómo se reconoce la fosfohistidina, necesitaban obtener imágenes de sus anticuerpos en el acto de unirse a la fosfohistidina, por lo que formaron cristales entre cada anticuerpo unido a un péptido de fosfohistidina.

"Para entender las interacciones moleculares entre los anticuerpos y la fosfohistidina, necesitábamos observarlas con gran detalle", dice el primer autor, Rajasree Kalagiri, investigador postdoctoral del Salk y experto en cristalografía de rayos X.

"Una vez que conseguimos que los anticuerpos formaran cristales, bombardeamos esos cristales con rayos X para obtener un patrón de difracción. A continuación, aplicamos métodos que transforman el patrón de difracción en un mapa de densidad electrónica tridimensional, que luego se utilizó para discernir la estructura atómica de los anticuerpos."

Las estructuras cristalinas de los dos tipos de anticuerpos resueltos por el equipo revelaron exactamente cómo se disponen los distintos aminoácidos alrededor de la fosfohistidina para que se una firmemente a ella.

Sus cinco estructuras duplican con creces el número de estructuras de anticuerpos fosfoespecíficos de las que se había informado anteriormente, y proporcionan información sobre cómo los anticuerpos reconocen tanto el fosfato como la histidina enlazada.

También revelan a nivel estructural cómo los dos tipos de anticuerpos reconocen diferentes formas de fosfohistidina, lo que permitirá a los científicos diseñar mejores anticuerpos en el futuro.

Fuente e imagen: Salk Institute