Investigadores e Investigadoras de CIC bioGUNE, miembro de BRTA, han desarrollado una estrategia capaz de identificar los sustratos específicos o compuestos sobre los que actúan las enzimas E3 ligasas de interés. El laboratorio de Ubiquitina y Desarrollo, liderado por la Dra. Rosa Barrio en CIC bioGUNE ha implementado la estrategia BioE3, que ha identificado los sustratos de cinco E3 ligasas diferentes. Estas ligasas, que están implicadas en enfermedades humanas, incluyendo algunas enfermedades minoritarias y el cáncer, se localizan en distintos compartimentos subcelulares y con distinta regulación.
La importancia de la estrategia BioE3, está relacionada con el papel fundamental que tienen las enzimas E3 ligasas para el desarrollo de nuevas terapias y fármacos a través de la Degradación Dirigida de Proteínas (TPD, de sus siglas en inglés Targeted Protein Degradation).
El trabajo, que se ha desarrollado durante los últimos tres años, ha sido publicado por la revista científica Nature Communications. La investigación abre la puerta para el desarrollo de futuros fármacos que tengan como diana terapéutica proteínas humanas involucradas en enfermedades.
“A pesar de existir más de seiscientas E3 ligasas en el proteoma humano, sólo un puñado de ellas se usan hoy en día para el desarrollo de fármacos TPD. La mayor parte de los substratos de las E3 ligasas son todavía desconocidos y existe una necesidad imperiosa de caracterizar nuevas E3s y de identificar sustratos de E3s de interés, así como nuevos substratos adquiridos tras el tratamiento con medicamentos TPD. Sin embargo, la identificación de sustratos directos de E3s de interés sigue siendo un gran desafío y se ha dedicado un tiempo considerable a la búsqueda de metodologías robustas y fiables para ese propósito. En los últimos años, se han desarrollado nuevas estrategias, aunque la mayoría de ellas son indirectas y no permiten distinguir sustratos directos frente a sustratos secundarios o frente a otras proteínas que interaccionan con las E3s o interactores”, señala la Dra. Rosa Barrio.
Además, dependiendo de la función de cada E3, estas enzimas pueden también estar implicadas en enfermedades diversas (enfermedades minoritarias, cáncer, etc.), por lo que la caracterización de sus sustratos nos ayudará a entender su mecanismo de acción y a buscar tratamientos eficaces para dichas enfermedades.
El sistema ubiquitina-proteasoma es la base de un proceso fundamental en el interior de las células, que regula la degradación de proteínas que han llegado al final de su vida activa, bien porqué su función ya no es deseada o bien porque están dañadas. En concreto, el proceso de degradación natural comienza con la unión de una proteína pequeña, llamada ubiquitina, a las proteínas diana que se necesita degradar, y esta unión se lleva a cabo mediante una serie de enzimas específicas. Las alteraciones de este proceso suelen dar lugar a múltiples enfermedades, como el cáncer o algunas enfermedades neurodegenerativas.
“Las enzimas E3 ligasas son importantes porque confieren especificidad al sistema. Por un lado, se unen a dichas dianas, que son sus sustratos específicos que hay que degradar. Por otro lado, facilitan la unión de la ubiquitina a dichos sustratos, que así quedan marcados para su degradación. Por tanto, las proteínas ubiquitinadas son reconocidas por la proteasoma, que es la maquinaria molecular degradativa. A pesar de ser unas enzimas muy importantes para el funcionamiento del organismo, la mayor parte de los sustratos específicos de la mayoría de las E3 ligasas son desconocidos”, explica la Dra. Rosa Barrio en relación con las causas que han motivado la investigación.
Respecto a los obstáculos que se han tenido que salvar durante esta investigación, la investigadora de CIC bioGUNE subraya que “el principal objetivo de nuestro grupo, al inicio del proyecto, era desarrollar una estrategia robusta que permitiera la identificación de sustratos específicos, y diferenciarlos de otras proteínas que también pudieran interaccionar con las enzimas E3, pero que no fueran modificados por éstas. Para ello tuvimos que adaptar la tecnología de BirA y biotinilación. Esto nos llevó más de un año, ya que tuvimos que realizar experimentos múltiples de control y de validación para demostrar que las proteínas identificadas, marcadas por biotina, eran realmente los sustratos de las enzimas E3 ligasas. Finalmente, conseguimos desarrollar la tecnología BioE3, y demostrar que es capaz de identificar los sustratos directos de las E3s con la especificidad y sensibilidad requeridas”.
En la investigación del laboratorio de Ubiquitina y Desarrollo de CIC bioGUNE, que lidera la Dra. Rosa Barrio, han participado el Dr. James D. Sutherland, como investigador senior y responsable del desarrollo conceptual del proyecto; el Dr. Orhi Barroso Gomila, que realizó su tesis doctoral en el grupo; y Laura Merino Cacho, que está realizando su tesis doctoral, así como otros componentes del grupo.
Además, el grupo ha colaborado con el Dr. Ugo Mayor, investigador Ikerbasque en la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU; con el Profesor Alfred C.O. Vertegaal, investigador de la Universidad de Leiden (Países Bajos); y con el grupo de la Profesora Simona Polo, investigadora en el IFOM (The AIRC Institute of Molecular Oncology, Milán, Italia).
Referencia: Orhi Barroso-Gomila, Laura Merino-Cacho, Veronica Muratore, Coralia Perez, Vincenzo Taibi, Elena Maspero, Mikel Azkargorta, Ibon Iloro, Fredrik Trulsson, Alfred C. O. Vertegaal, Ugo Mayor, Felix Elortza, Simona Polo, Rosa Barrio & James D. Sutherland. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-023-43326-8
Sobre CIC bioGUNE
El Centro de Investigación bioGUNE, miembro del Basque Research & Technology Alliance (BRTA), con sede en el Parque Científico Tecnológico de Bizkaia, es una organización de investigación biomédica que desarrolla investigación de vanguardia en la interfaz entre la biología estructural, molecular y celular, con especial atención en el estudio de las bases moleculares de la enfermedad, para ser utilizada en el desarrollo de nuevos métodos de diagnóstico y terapias avanzadas.
Sobre BRTA
BRTA es una alianza formada por 4 centros de investigación colaborativa (CIC bioGUNE, CIC nanoGUNE, CIC biomaGUNE y CIC energiGUNE) y 12 centros tecnológicos (Azterlan, Azti, Ceit, Cidetec, Gaiker, Ideko, Ikerlan, Lortek, Neiker, Tecnalia, Tekniker y Vicomtech) que tienen el objetivo de desarrollar soluciones tecnológicas avanzadas para el tejido empresarial vasco.
Con el apoyo del Gobierno Vasco, el Grupo SPRI y las Diputaciones forales de los tres territorios, la alianza busca impulsar la colaboración entre los centros que la integran, reforzar las condiciones para generar y transmitir conocimiento a las empresas con la intención de contribuir a su competitividad y proyectar la capacidad científico-tecnológica vasca en el exterior.
BRTA cuenta con una plantilla de 3.500 profesionales, ejecuta el 22% de la inversión en I+D de Euskadi, registra una facturación anual superior a los 300 millones de euros y genera 100 patentes europeas e internacionales al año.
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