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08 de septiembre de 2000
Chips de proteínas ofrecen un poderoso método para escudriñar la función de las mismas
Utilizando portaobjetos de microscopios, robots de precisión
y otros equipos disponibles, unos investigadores han creado
microarreglos de proteínas que pueden evaluar,
simultáneamente, la función de miles de proteínas.
Estos "chips de proteínas"-que son la contraparte de los mucho
muy publicitados "chips de genes", que revelan la actividad de miles de
genes-impulsarán la nueva ola de investigación
proteómica.
Según los investigadores, la técnica permitirá
el rápido examen genético de miles de pequeñas
moléculas que serían posibles drogas, con el fin de
determinar su potencial para afectar a proteínas
específicas. Y en última instancia, la técnica
permitirá que los científicos creen "instantáneas"
proteicas de células-estudio masivo del perfil de enzimas y de
otras proteínas en sus estados diferentes.
“El estudio del perfil de las proteínas será invaluable, por ejemplo, para distinguir entre las proteínas de las células normales, de las células cancerígenas en estadios tempranos y de las células cancerígenas malignas y metástaticas, que son los verdaderos asesinos”.
Stuart L. Schreiber
En un artículo publicado en el número del 8 septiembre
de 2000, de la revista Science, el investigador del Instituto
Médico Howard Hughes, Stuart L. Schreiber y Gavin MacBeath,
ambos en la Universidad de Harvard, informaron que habían
desarrollado y evaluado exitosamente microarreglos de proteínas.
Cada microarreglo contenía más de 10.000 puntos de
proteína que fueron depositados, por un robot, en la superficie
de un portaobjeto común de microscopio. La técnica
preservó la función de las delicadas proteínas,
hecho que los investigadores demostraron al mostrar que las
proteínas depositadas reaccionaron con otras proteínas y
moléculas pequeñas.
"Tomamos la iniciativa a partir de los microarreglos de ADN que se
están utilizando con tanto éxito para medir la actividad
de los genes, basándose en la amplia técnica de
medición de los niveles de ARN", dijo Schreiber. "Pero,
entonces, surge la pregunta de lo que nos estamos perdiendo por
sólo mirar los niveles de ARN. Y, claramente, la respuesta es
que en las células suceden muchas cosas en materia de
proteínas".
Para desarrollar un método de microarreglo para medir
proteínas, que se pueda utilizar fácilmente en otros
laboratorios, MacBeath y Schreiber emplearon equipo y materiales que
pueden ser adquiridos fácilmente por laboratorios
académicos. "Estamos particularmente orgullosos de haber podido
desarrollar una técnica que se puede realizar en un ambiente
universitario típico, y bajo condiciones compatibles con un
presupuesto típico de investigación universitaria", dijo
Schreiber.
Durante la creación de los chips de proteínas, los
científicos utilizaron un robot de impresión por
contacto, que había sido desarrollado anteriormente por el
investigador del HHMI en la Universidad de Stanford, Patrick O.
Brown. El robot libera, con gran precisión,
minúsculas gotitas de proteína -cada una tiene el espesor
de un cabello humano-en un portaobjeto de microscopio. El robot
colocó muestras líquidas de la proteína en los
portaobjetos de microscopio con una densidad de 1.600 puntos por
centímetro cuadrado. Las muestras de proteínas se
realizaron de forma que se adhieran a los portaobjetos que están
cubiertos con un reactivo de naturaleza aldehídica, que une a
las aminas primarias que son productos químicos que se
encuentran comúnmente en las proteínas. Los
científicos también tomaron medidas para prevenir la
evaporación y la desnaturalización de las
proteínas, asegurándose, de tal modo, que las
proteínas conserven su forma y actividad natural en el
portaobjeto.
Los científicos realizaron tres clases de experimentos para
demostrar que sus microarreglos de proteínas se podrían
utilizar para determinar la funcionalidad de las proteínas. En
un conjunto de experimentos, los investigadores demostraron que los
arreglos podían detectar interacciones entre proteínas.
Crearon microarreglos de proteínas y trataron esos microarreglos
con proteínas marcadas fluorescentemente, que se sabía
que interaccionaban con las proteínas del portaobjeto. Los
puntos fluorescentes que eran claramente visibles en los portaobjetos
indicaron que las proteínas se habían unido unas con
otras.
En otro grupo de experimentos, los científicos demostraron
que los microarreglos podrían revelar interacciones entre las
enzimas y sus substratos, moléculas sobre las cuales
actúan las enzimas. Los investigadores trataron un arreglo de
quinasas con substratos radiactivos de las mismas. Cuando los
microarreglos tratados fueron "revelados" utilizando una
emulsión fotográfica, las marcas radioactivas se hicieron
perceptibles como puntos en los microarreglos.
En un tercer tipo de experimentos, al incubar los microarreglos de
proteínas con moléculas pequeñas en
solución, los científicos demostraron que los
microarreglos de proteínas se podían utilizar para
detectar interacciones entre pequeñas moléculas y
proteínas. Anteriormente, los científicos habían
creado arreglos de moléculas pequeñas (microarreglos de
pequeñas moléculas), usando una técnica llamada
síntesis orgánica de diversidad orientada. Cuando los
arreglos fueron tratados con proteínas marcadas
fluorescentemente, que contenían los receptores dianas que
interactuaban con las moléculas, los puntos del microarreglo
revelaron que la unión había sido normal.
"Creemos que los microarreglos de proteínas y de
moléculas pequeñas se pueden utilizar para dos
propósitos esencialmente distintos", dijo Schreiber. "Y estos
experimentos iniciales demuestran el más simple-el
análisis de funciones proteicas tales como la unión".
"Este es solamente el punto de partida", enfatizó. "La
aplicación futura más importante de esta técnica
consistirá en realizar estudios del perfil de proteínas
que existe en las células que están bajo condiciones
diferentes, así como el estudio del perfil del ARN revela los
niveles relativos del ARN presente en una célula".
"El estudio del perfil de las proteínas será
invaluable, por ejemplo, para distinguir entre las proteínas de
las células normales, de las células cancerígenas
en estadios tempranos y de las células cancerígenas
malignas y metástaticas, que son los verdaderos asesinos". Sin
embargo, resaltó Schreiber, será mucho más
difícil realizar el perfil proteico que el perfil del ARN.
"El proteoma-es decir, el arreglo de las proteínas de la
célula-es más complejo que el genoma", dijo. "Aunque un
gen puede codificar una proteína, las proteínas se
modifican de muchas formas después que son construidas. De esta
manera, cada producto del gen puede dar lugar a docenas de
proteínas que han sido reorganizadas, fragmentadas o que se han
modificado químicamente para producir una actividad apenas
diferente. Y se podría pensar que estas proteínas
modificadas van a ser elementos claves para entender su función
y, eventualmente, su fisiología".
"Pensamos que en poco tiempo resolveremos los desafíos
técnicos que permitirán el estudio del perfil de
proteínas con esta técnica", dijo Schreiber.
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