¿La ubicación lo es todo?

El colesterol es un componente estructural esencial de las membranas celulares, donde también puede funcionar como regulador de los procesos celulares.

Los investigadores saben desde hace mucho tiempo que el colesterol regula la estructura y función de proteínas integrales en la membrana plasmática, como los canales iónicos y los receptores acoplados a proteína G. La evidencia también indica que el colesterol en la valva interna de la membrana plasmática regula la señalización celular uniéndose a proteínas de señalización. Sin embargo, no existen técnicas que permitan el control específico de los niveles de colesterol.

En un estudio reciente en elRevista de investigación de lípidos , Wonhwa Cho y su equipo de la Universidad de Illinois en Chicago desarrollaron una técnica para controlar con precisión los niveles de colesterol. Cho cree que el nuevo método beneficiará la investigación biomédica que puede ayudar a mejorar el tratamiento de las enfermedades asociadas al colesterol.

"Hace muchos años, descubrimos y publicamos que el colesterol en la valva interna de la membrana plasmática puede activar procesos celulares que conducen al crecimiento excesivo de las células", dijo Cho. “Otros también han informado sobre acciones específicas del colesterol en la célula. Por lo tanto, necesitábamos una herramienta que pudiera ayudarnos a dilucidar sin ambigüedades la función específica del colesterol”.

Aunque los investigadores pueden utilizar métodos estándar como la extracción química y el enriquecimiento del colesterol con metil-beta-ciclodextrina y la inhibición de la biosíntesis de nuevo colesterol celular con estatinas, estas técnicas no permiten el agotamiento espaciotemporal del colesterol y pueden ser tóxicas para las células.

El método de Cho aprovecha un sistema de dimerización de proteínas inducible y la capacidad de reducción del colesterol de la colesterol oxidasa de la especie Streptomyces, una enzima que cataliza la descomposición del colesterol en un proceso de dos pasos. Primero, debe unirse a la membrana; luego el colesterol se convierte en colest-4-en-3-ona o colestenona.

Los investigadores diseñaron racionalmente un mutante de la colesterol oxidasa, denominado WVR, que mostraba una unión a la membrana comprometida sin cambios significativos en la función catalítica de la colesterol oxidasa. El equipo de Cho utilizó el mutante WVR para diseñar un sistema que dirige artificialmente la colesterol oxidasa a la membrana plasmática como un agente de reducción del colesterol inducible espaciotemporalmente.

Los investigadores suelen utilizar la formación de dímeros de proteínas en respuesta a una estimulación externa para comprender el papel de las interacciones proteína-proteína en las funciones celulares. El sistema de dimerización FRB-FKBP utiliza rapamicina, un antibiótico antifúngico que puede unirse simultáneamente a la proteína de unión FK506 y al dominio de unión FKBP-rapamicina del objetivo de la rapamicina en los mamíferos, conocidos respectivamente como FKBP y FRB, lo que resulta en la formación de heterodímeros. Las proteínas de interés se pueden fusionar con FKBP o FRB y se puede inducir la dimerización añadiendo rapamicina o análogos como rapalog.

El equipo de Cho conjugó la colesterol oxidasa mutante con FKBP. Conectaron el dominio FRB a las membranas utilizando una secuencia peptídica corta, Lyn, que dirige las proteínas a la membrana plasmática. Lograron apuntar a un sitio específico de la colesterol oxidasa agregando rapalog, que indujo la dimerización de FKBP-FRB y la translocación de la colesterol oxidasa mutante a la membrana plasmática. El agotamiento del colesterol en un sitio específico permitió al equipo de Cho determinar sin ambigüedades las diferentes funciones del colesterol en las valvas citosólicas de la membrana plasmática y los lisosomas.

"El colesterol se ha relacionado con varios tipos de cáncer, incluidos el de mama y el colorrectal", dijo Cho. “Nuestras nuevas herramientas serán muy valiosas para dilucidar el vínculo mecánico entre los niveles de colesterol celular y el proceso celular oncogénico. Esto, a su vez, ayudará en el desarrollo de nuevos fármacos contra el cáncer que modulen los procesos celulares oncogénicos mediados por el colesterol”.

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Aswathy N. Rai es profesora clínica asistente y coordinadora de pregrado en el departamento de bioquímica, biología molecular, entomología y patología vegetal de la Universidad Estatal de Mississippi.

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