El azúcar ha sido llamado «maligno», «tóxico» y «veneno». Pero el cuerpo también necesita azúcares. 

(tnworks)-Las moléculas de azúcar ayudan a las células a reconocer y combatir virus y bacterias, transportar proteínas de una célula a otra y asegurarse de que esas proteínas funcionen. Demasiado o muy poco puede contribuir a una variedad de enfermedades, incluidas enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer, la inflamación, la diabetes e incluso el cáncer.

Aproximadamente el 85 por ciento de las proteínas, incluidas las asociadas con el Alzheimer y el Parkinson, están fuera del alcance de los medicamentos actuales. Un azúcar crítico y abundante (O-GlcNAc, pronunciado o-glick-nack) se encuentra en más de 5,000 proteínas, a menudo aquellas consideradas «no farmacológicas». Pero ahora, los investigadores de la Universidad de Harvard han diseñado un nuevo lápiz y borrador O-GlcNAc altamente selectivo, herramientas que pueden agregar o eliminar el azúcar de una proteína sin efectos fuera del objetivo, para examinar exactamente qué están haciendo estos azúcares y , eventualmente, diseñarlos en nuevos tratamientos para los «indisciplinados».

«Ahora podemos comenzar a estudiar proteínas particulares y ver qué sucede cuando agregas o quitas el azúcar», dijo Daniel Ramírez, coautor del artículo publicado en  Nature Chemical Biology. y un doctorado. candidato en ciencias biológicas y biomédicas en la Escuela de Graduados en Artes y Ciencias. «Esto está resultando ser muy importante para muchas enfermedades crónicas como el cáncer, la diabetes y el Alzheimer».

Ramírez diseñó el lápiz O-GlcNAc original, que se informó en  ACS Chemical Biology .

Todas las células transportan una multitud de azúcares (llamados glucanos), pero son muy difíciles de estudiar. Las herramientas actuales proporcionan una vista de lente amplia (activando o desactivando todas las O-GlcNAc en una célula) o una vista ultra-ampliada (activando o desactivando un solo azúcar en un aminoácido en una proteína). Ninguna de estas perspectivas puede mostrar qué le están haciendo las moléculas de O-GlcNAc a una proteína en su conjunto, la información crucial que permitiría a los investigadores conectar los puntos de O-GlcNAc con la enfermedad.

«Con el enfoque a nivel de proteínas, estamos completando una pieza importante que faltaba», dijo Christina Woo, profesora asociada de química y biología química, quien dirigió el estudio. La herramienta de su laboratorio es como el cuenco tibio de gachas de Ricitos de Oro: ni demasiado amplio, ni demasiado específico. Solo bien.

«Una vez que tenga cualquier proteína de interés», dijo el primer autor y erudito postdoctoral Yun Ge, «puede aplicar esta herramienta en esa proteína y observar los resultados directamente». Ge diseñó el borrador O-GlcNAc, que, al igual que el lápiz, utiliza un nanocuerpo como dispositivo de localización de proteínas. La herramienta también es adaptable; Siempre que exista un nanocuerpo para una proteína de elección, la herramienta puede modificarse para apuntar a cualquier proteína para la que exista un nanocuerpo homing.

El nanocuerpo es un componente crucial, pero tiene limitaciones: aún está en duda si permanece o no adherido a la proteína objetivo, y la molécula podría alterar la función o estructura de la proteína una vez adherida. Si los cambios celulares no se pueden vincular definitivamente al azúcar de la proteína, se enturbian los datos.

Para evitar estas limitaciones potenciales, el equipo diseñó sus lápices y borradores para que estuvieran «catalíticamente muertos», dijo Woo. Las enzimas esterilizadas no realizarán cambios no deseados en el camino hacia su proteína objetivo. Y pueden agregar y eliminar azúcares, a diferencia de las herramientas anteriores, que provocan cambios permanentes. Por supuesto, una vez que conectan una función de proteína específica a O-GlcNAc, pueden usar esas herramientas para acercarse y ubicar exactamente dónde esos azúcares se adhieren y modifican la proteína.

Algunos de los colaboradores del laboratorio de Woo ya están usando la combinación de lápiz / borrador para estudiar O-GlcNAc en animales vivos. Uno, por ejemplo, está usando moscas de la fruta para estudiar cómo el azúcar impacta una proteína asociada con la enfermedad de Alzheimer. El azúcar también está asociado con la progresión de la enfermedad de Parkinson: «Si ingieres menos glucosa», dijo el coautor Ramírez, «entonces no puedes producir este azúcar dentro de las células». Eso significa que el cuerpo no puede unir los azúcares a las proteínas, lo que provoca cambios de gran alcance en las células y agrava la enfermedad. En la diabetes, el exceso de azúcares causa una alteración global similar; y las células cancerosas tienden a consumir muchos azúcares. Ahora, con el par de lápiz / borrador de Woo lab,

A continuación, el equipo planea modificar su herramienta para lograr un control aún mayor. Con la optogenética, por ejemplo, podrían encender o apagar los azúcares con solo un destello de luz. Al intercambiar nanocuerpos por moléculas pequeñas (utilizadas en el diseño de fármacos tradicionales), podrían acercarse a nuevos tratamientos. También están diseñando un borrador para el borrador, una herramienta con un interruptor de apagado, y planean incorporar nanocuerpos que pueden apuntar a una proteína natural (para este estudio, etiquetaron proteínas para que el nanocuerpo pudiera encontrarlas). «Básicamente, estamos tratando de hacer que el sistema sea más natural y funcione como lo hace la célula», dijo Ramírez.

Woo también planea investigar cómo la O-GlcNAc puede influir en proteínas tradicionalmente «no farmacológicas» llamadas factores de transcripción, que activan y desactivan los genes. Si la O-GlcNAc juega un papel en ese proceso, los azúcares también podrían modificarse para estudiar y regular la función de los genes.

«Realmente no sabemos qué va a encontrar la gente una vez que les demos estas herramientas», dijo Ramírez. La herramienta puede ser nueva, pero el potencial es grandioso: «Básicamente, estamos en el iPhone», continuó, «pero ya estamos trabajando en las próximas dos generaciones».

Referencia:  Ge Y, Ramirez DH, Yang B.  et al.  Desglicosilación de la proteína diana en células vivas mediante una O -GlcNAcase dividida con  nanocuerpos. Nat Chem Biol. 2021. doi