Azúcares y proteínas, unidos para bien o para mal

La incorrecta adición de grupos azucarados a diversas proteínas del cuerpo humano se vincula desde hace más de 70 años a diversas enfermedades, como el cáncer, el alzhéimer y la calcinosis tumoral. El primer paso para desarrollar tratamientos y vacunas contra ellas es conocer cómo se producen a nivel molecular estas interacciones proteína-azúcar. El Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos de la Universidad de Zaragoza lidera una investigación internacional con este objetivo.

Aunque pueda parecernos que son cosas que van siempre por separado, la presencia de carbohidratos (grupos azucarados) en proteínas es fundamental para numerosas funciones del cuerpo humano y está directamente relacionada con diversas enfermedades. Estos azúcares actúan a modo de ‘etiquetas’ en la superficie de las proteínas y regulan funciones tan importantes como la comunicación y la división celular. Si no se añaden de forma correcta, puede producirse un crecimiento celular descontrolado, como sucede en la metástasis del cáncer. Se han vinculado también a procesos degenerativos como el alzhéimer, la calcinosis tumoral y la desregulación del metabolismo lipídico, entre otros.

En este contexto se enmarca el proyecto liderado por Ramón Hurtado Guerrero, investigador Araid en el Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI) de la Universidad de Zaragoza. En colaboración con universidades y centros nacionales e internacionales, su grupo estudia cómo se produce la unión entre los azúcares y diversas proteínas que reconocen carbohidratos, y busca explicar los mecanismos que subyacen detrás de las enfermedades asociadas.

Para obtener esta información se utilizan principalmente la cristalografía de rayos X y la criomicroscopía electrónica, junto a otras técnicas biofísicas. Gracias a estas técnicas estructurales se obtienen las estructuras de proteínas o complejos formados por las mismas y los azúcares.

El objetivo final del proyecto es "entender las bases moleculares que subyacen tras la interacción de proteínas que reconocen carbohidratos y sus azúcares ‘diana’ –explica Hurtado-Guerrero–, desvelar sus mecanismos de reacción y de reconocimiento, y poder diseñar inhibidores selectivos que modulen su actividad en diversas enfermedades, así como vacunas y tratamientos selectivos".

¿Qué es la cristalografía de proteínas?
La cristalografía de proteínas es una técnica biofísica en la que se obtienen, bajo unas condiciones determinadas de medio y de temperatura, cristales de una proteína concreta. Para que esto suceda, las moléculas de proteína deben haberse ordenado de forma periódica y repetitiva dentro del cristal. Cuando se hacen incidir rayos X sobre los cristales (normalmente generados por un acelerador de partículas o sincrotrón, en nuestro caso Diamond en Oxford o Alba en Barcelona), las moléculas estructuradas en los cristales desvían dichos rayos siguiendo un patrón que depende de la disposición de sus átomos y moléculas. Estos patrones se recogen y se procesan matemáticamente hasta obtener una especie de ‘mapa’ del interior de la proteína que permite, finalmente, dibujar la posición de cada uno de sus átomos, como si de una fotografía a escala atómica se tratara. Hoy por hoy es todavía la técnica de mayor resolución a nivel estructural, y uno de los medios que más información proporciona sobre la estructura interna de moléculas y compuestos.