Péptidos troyanos
Ramón Muñoz-Chápuli
Conseguir que una molécula determinada entre en una célula
no es tarea fácil en muchas ocasiones. Y sin embargo, la transferencia
de sustancias al interior celular, citoplasma o núcleo, nos proporciona
una herramienta básica para estudiar el funcionamiento celular,
para bloquear la traducción de un determinado RNA mensajero o para
marcar células y poderlas rastrear a lo largo de procesos de migración
o diferenciación. Eso sin olvidar el potencial terapéutico
de estas técnicas.
El problema fundamental es el de conseguir que nuestra molécula
atraviese la membrana citoplasmática, especialmente cuando estamos
trabajando con compuestos hidrofílicos. Soluciones radicales son
la inyección directa o la electroporación, pero se trata
de técnicas relativamente complejas y con limitaciones cuando se
tienen que aplicar in vivo. Por este motivo se ha desarrollado un
enfoque original, basado en las inesperadas propiedades de los péptidos
denominados "penetratinas" o péptidos troyanos [Derossi et al.,
Trends in Cell Biology 8:84-87 (1998)]. El origen de dichos
péptidos es sorprendente. Su descubrimiento arranca de la observación,
hecha a principios de los 90, de que el homeodominio de Antennapedia, un
factor de transcripción de Drosophila, entra dentro de las células
cuando se adicional al medio de cultivo. Pronto se comprobó que
el mecanismo de entrada debía ser diferente de la simple endocitosis,
ya que el péptido podía ser recuperado del interior de las
células sin haber sufrido degradación. Recordemos que el
homeodominio es una región muy conservada, de unos 60 aminoácidos,
presente en los factores de transcripción codificados por los genes
homeobox. Los homeodominios son precisamente las regiones de estos factores
de transcripción que interaccionan con el DNA.
El homeodominio de Antennapedia esta formado por tres alfa-hélices.
Pues bien, los investigadores que descubrieron esta insólita propiedad,
comprobaron que la tercera hélice, comprendida entre las posiciones
43 y 58, era esencial para la capacidad penetradora del homeodominio. De
hecho, bastaba con sustituir un triptófano y una fenilalanina en
las posiciones 48 y 49 para que el homeodominio no entrara en las células.
La tercera hélice no sólo se manifestó como necesaria,
sino también como suficiente. Un oligopéptido sintético
de 16 residuos (Figura 1) con la secuencia de la tercera hélice,
fue denominado penetratina-1 [Derossi et al., J. Biol. Chem. 269:10444-10450
(1994)]. Este péptido tiene las mismas propiedades que el homeodominio
de Antennapedia, entra rápidamente dentro de cualquier tipo de célula,
alcanza el núcleo celular y puede ser recuperado sin degradación.
La penetratina-1 dio lugar a toda una serie de péptidos sintéticos
que compartían sus propiedades, péptidos generados, por ejemplo,
invirtiendo la secuencia, utilizando d-aminoácidos en lugar de l-aminoácidos
o sustituyendo determinados residuos.
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Arg-Gln-Ile-Lys-Ile-Trp-Phe-Gln-Asn-Arg-Arg-Met-Lys-Trp-Lys-Lys
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Figura 1.- Penetratina-1: secuencia de la tercera
hélice del homeodominio de Antennapedia (residuos 43-58). Los dos
residuos subrayados son esenciales para la penetración del péptido.
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¿Cuál es el mecanismo de penetración
de estos péptidos? No está bien establecido, pero se piensa
que los péptidos, ricos en aminoácidos cargados positivamente,
interaccionan con fosfolípidos o glúcidos con carga negativa
situados en la parte externa de la membrana. Esto llevaría a una
desestabilización de la bicapa lipídica y a la formación
de una micela invertida (esto es, una vesícula hidrofílica
en su cara interna e hidrofóbica en su superficie externa) que atravesaría
la membrana arrastrando el péptido al interior celular. Lo que no
se sabe es si las propiedades de la tercera hélice de Antennapedia
y otros homeodominios son aplicadas de forma natural para alguna función
determinada.
Los péptidos troyanos pueden ser utilizados para transportar
oligopéptidos u oligonucleótidos al interior celular. La
carga puede unirse al azufre de una cisteína presente en la región
comprendida entre la segunda y la tercera hélice de Antennapedia.
El puente disulfuro del complejo así formado se rompe en el citoplasma
liberando la "mercancía". Otra interesante posibilidad es la de
producir proteínas de fusión expresando el péptido
que se desea introducir unido al extremo C-terminal del péptido
troyano. Con estas dos combinaciones se han conseguido introducir oligonucleótidos
de 55 bases y péptidos de hasta 100 aminoácidos.
Las aplicaciones para la investigación básica y aplicada
pueden ser muy importantes. Se pueden utilizar oligonucleótidos
antisentido para inactivar RNA mensajero y bloquear la traducción
de una proteína concreta. Se pueden introducir en las células
péptidos bioactivos. Y, por supuesto, si es posible comprender los
mecanismos precisos de internalización, se pueden diseñar
vías de penetración celular de moléculas con interés
terapéutico, con las importantes aplicaciones clínicas que
esto supondría.
Ramón Muñoz-Chápuli es Catedrático de
Biología Animal en la Universidad de Málaga