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Reducir las señales inflamatorias desde el interior de la membrana celular: proteínas diseñadas para actuar sobre la región transmembrana de TLR4
Una estructura del receptor incrustada en la membrana celular podría ofrecer un nuevo punto de intervención contra la inflamación. Un equipo de investigación diseñó por ordenador proteínas sintéticas que redujeron la señalización posterior a TLR4 en células humanas; sin embargo, cómo hacerlas llegar a su destino y si pueden mejorar una enfermedad siguen siendo pruebas clave antes de avanzar hacia un tratamiento.
¿Cómo atraviesa la membrana celular la información que recibe un receptor inmunitario del exterior para transmitir la alarma al interior de la célula? Este proceso también podría albergar nuevas oportunidades para inhibir la inflamación. Un equipo de Scripps Research diseñó proteínas sintéticas dirigidas a la región del receptor de la inmunidad innata TLR4 incrustada en la membrana. En células humanas cultivadas en el laboratorio, estas proteínas redujeron las señales relacionadas con la inflamación, aportando evidencia experimental sobre una zona en la que resulta difícil diseñar la acción de fármacos.
El estudio se publicó el 22 de septiembre en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). TLR4 participa en el reconocimiento de bacterias y la activación de la respuesta inmunitaria, pero su activación excesiva también está relacionada con diversas enfermedades inflamatorias. La región transmembrana en la que se centra el estudio, además de anclar el receptor a la membrana, podría determinar cómo se transmite la información al interior celular mediante los ángulos de contacto y la disposición de las proteínas entre sí.
El equipo probó primero esta idea con un fragmento de proteína natural que incluía la región transmembrana de TLR4 y partes adyacentes. Mediante un método de cribado en el que las proteínas marcadas emiten luz cuando se aproximan, los investigadores observaron indicios de proximidad e interacción entre el fragmento y TLR4, y midieron al mismo tiempo una disminución de la señalización posterior de NF-κB. NF-κB es una vía de señalización importante para regular la respuesta inflamatoria; estos resultados respaldan la viabilidad de intervenir en la función del receptor desde el interior de la membrana y también validan la utilidad de la plataforma de cribado.
El siguiente reto fue diseñar proteínas capaces de unirse de forma estable a TLR4 dentro de la membrana lipídica. El entorno de la membrana celular difiere del medio acuoso del interior y el exterior de la célula, y los modelos actuales de predicción estructural y de IA no necesariamente describen con precisión las interacciones que ocurren allí. Por ello, el equipo tomó como punto de partida estructuras tridimensionales generadas por ordenador y optimizó después el «empaquetamiento no polar» mediante criterios personalizados, para lograr un ajuste más estrecho entre las estructuras químicas de las superficies de contacto de la proteína sintética y el receptor. Finalmente, seleccionó nueve candidatos para probarlos en células.
Según la descripción de la investigación de Scripps, ocho de los nueve candidatos mostraron indicios de unión a TLR4. Entre ellos, Design-6 presentó la evidencia más sólida de interacción y pudo reducir de forma clara la señalización de NF-κB. También mostró una menor tendencia a agregarse que el fragmento transmembrana natural de TLR4. Sin embargo, que ocho candidatos presentaran indicios de interacción no significa que los ocho tengan el mismo efecto inhibidor; una menor agregación tampoco permite deducir directamente una mayor seguridad o idoneidad para su uso como fármaco.
La validación realizada hasta ahora utilizó células embrionarias de riñón humano y todavía no permite determinar el efecto real de esta estrategia en una enfermedad. El equipo señaló que será necesario confirmar los resultados en células inmunitarias o hepáticas más relacionadas con la inflamación y resolver cómo introducir estas proteínas sintéticas hidrófobas en la membrana de las células objetivo. La eficacia en pacientes aún no se ha probado, y entre la disminución de las señales celulares y la mejora de los síntomas clínicos sigue existiendo una distancia que deberá cubrirse mediante experimentos.
El valor directo de este trabajo consiste en proporcionar a los investigadores herramientas para explorar cómo la región transmembrana de TLR4 controla la señalización, así como en establecer un método verificable para diseñar proteínas dentro de la membrana. Tres autores han declarado una solicitud provisional de patente en Estados Unidos relacionada con la investigación. Que este enfoque pueda convertirse en una terapia antiinflamatoria dependerá de los posteriores modelos de enfermedad, métodos de administración y validaciones de seguridad; no puede determinarse únicamente a partir de este experimento celular.