Modificando proteínas con radicales

Los investigadores han utilizado un método sencillo llamado mutagénesis química que permite modificar proteínas en residuos específicos. Es la primera técnica para crear nuevos enlaces C-C en proteínas, y permitirá a los químicos añadir una enorme variedad de grupos funcionales: nuevas cadenas laterales, incluyendo cadenas artificiales; modificaciones post-traslacionales que normalmente añade la célula enzimáticamente, como grupos metilo y fosfato; así como monómeros u oligómeros de azúcares (Science 2016, DOI: 10.1126/science.aag1465).

Este método, desarrollado por Benjamin G. Davis y sus colaboradores en la Universidad de Oxford, podría facilitar el estudio estructural de las proteínas y sus funciones biológicas –especialmente si se combina con otras técnicas como la mutagénesis dirigida, la mutagénesis con aminoácidos no-naturales y química bioortogonal. También podría conducir a nuevos medicamentos basados en proteínas o “biológicos sintéticos.” Modificar las proteínas mediante creación de enlaces C-C estaba fuera del nuestro alcance hasta ahora. La mayor parte de las modificaciones post-translacionales creaban enlaces con los átomos de azufre, oxígeno, y nitrógeno de las cadenas laterales. La química bioortogonal permite también crear enlaces carbono-heteroátomo.

Para derivatizar las proteínas mediante enlaces C-C, Davis y su grupo usaron en primer lugar ingeniería genética, así como reacciones químicas y enzimáticas para insertar la deshidroalanina (un aminoácido no natural) en la proteína en la posición que querían modificar. El doble enlace C=C de la deshidroalanina reacciona fácilmente con radicales, lo que permite a los químicos añadir muchos grupos funcionales mediante reacciones radicalarias. Estas reacciones suelen ser bioortogonales –toleran condiciones acuosas y no reaccionan con otros grupos funcionales de las biomoléculas.

 “La idea del grupo de Davis de usar la deshidroalanina como aceptor de radicales permite la formación de enlaces C-C con una enorme variedad de precursores,” comenta el químico biológico Richard J. Payne de la Universidad de Sydney. “Es una revolución en el campo” de la química de proteínas. “La posibilidad de modificar proteínas rápidamente acelerará la forma en la que comprendemos cómo las modificaciones químicas afectan a su estructura y funciones. Las aplicaciones son casi infinitas, los autores han hecho un trabajo fantástico demostrando esta reacción con un gran número de ejemplos.”

Davis y sus colaboradores demuestran el funcionamiento de esta técnica enlazando más de 25 cadenas laterales y traducciones post-translacionales tanto naturales como no naturales –incluyendo N- y O-glicanos, grupos fluorados y marcajes isotópicos– en sitios específicos de ocho proteínas diferentes. Algunas de estas modificaciones eran imposibles de realizar hasta ahora.

El método también tiene sus inconvenientes. Por ejemplo, los enlaces C-C que crea no son idénticos a los que se crearían de forma natural en algunas reacciones como la glicosilación. La química de radicales produce mezclas racémicas, por lo que el proceso no es estereoselectivo. Y, de momento, la técnica no permite hacer dos modificaciones diferentes a una misma proteína.

De todos modos, “es muy versátil,” dice el químico biosintético y especialista en proteínas Wilfred A. van der Donk de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. “Se ve claramente, por todos los ejemplos que se presentan en el artículo, que el método puede lograr muchas cosas. Combinándolo con otras estrategias, será extremadamente valioso para entender los efectos de hacer modificaciones (con muchos grupos en diferentes posiciones) en las proteínas.”

Traducción al español producida por Fernando Gomollón Bel de Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.