Un equipo del Centro de Regulación Genómica en Barcelona y del Instituto Wellcome Sanger en Cambridge, Reino Unido, ha identificado los sitios de control alostérico de la proteína KRAS. Dichos sitios representan dianas terapéuticas muy valiosas para el desarrollo de fármacos, ya que constituyen vulnerabilidades, hasta ahora desconocidas, que pueden ser utilizadas para controlar los efectos de una de las causas más importantes del cáncer. El estudio, que presenta el primer mapa de control completo obtenido hasta ahora para cualquier proteína, se ha publicado en Nature.
KRAS es uno de los genes que más mutaciones sufre en diversos tipos de cánceres. Se encuentra en uno de cada 10 cánceres humanos, con una mayor prevalencia en tipos severos como los de páncreas o pulmón. La proteína ase caracteriza por su forma esférica y su impenetrabilidad, ya que carece de un buen sitio en su superficie para ser regulada con fármacos. Por esta razón, KRAS ha sido históricamente considerada ‘inabordable’ desde su descubrimiento en 1982.
La única estrategia eficaz para controlar KRAS ha sido atacar su sistema de comunicación alostérico: señales moleculares que funcionan a través de un mecanismo de ‘control remoto’ de llave y cerradura. Para controlar una proteína, se necesita una llave (un compuesto químico o fármaco) que pueda abrir una cerradura (sitio activo). Las proteínas también pueden ser controladas por una cerradura secundaria (sitio alostérico) ubicada en otra parte de su superficie. Cuando una molécula se une a un sitio alostérico, provoca un cambio en la forma de la proteína, lo que puede alterar su actividad o su capacidad para unirse a otras moléculas, por ejemplo, cambiando la estructura interna de la cerradura principal.
Sitios alostéricos
Los sitios alostéricos se prefieren para el desarrollo de fármacos, ya que ofrecen mayor especificidad, reduciendo la probabilidad de efectos secundarios. También pueden cambiar la actividad de una proteína de manera más sutil, ofreciendo el potencial de ajustar su función con control inteligente. Los fármacos que se dirigen a sitios alostéricos suelen ser más seguros y efectivos en comparación con los fármacos que se dirigen a sitios activos.
Sin embargo, los sitios alostéricos son difíciles de detectar. Tras cuatro décadas de investigación, decenas de miles de publicaciones científicas y más de trescientas estructuras publicadas de KRAS, solo dos fármacos están aprobados para uso clínico: sotorasib y adagrasib. Estos funcionan al unirse a una cavidad adyacente al sitio activo, induciendo un cambio conformacional alostérico en la proteína que impide su activación.
“Llevó décadas producir un fármaco efectivo contra KRAS, en parte porque nos faltaban herramientas para identificar sitios alostéricos a gran escala, lo que significa que estábamos buscando dianas terapéuticas a ciegas. En este estudio demostramos un nuevo enfoque para mapear sitios alostéricos sistemáticamente en proteínas enteras, con el propósito de descubrir fármacos”, señala André Faure, científico en el Centro de Regulación Genómica y coautor del estudio.
Cuatro nuevas dianas
Los autores del estudio mapearon los sitios alostéricos utilizando una técnica llamada escaneo mutacional profundo. Crearon más de 26.000 variaciones de la proteína KRAS, cambiando solo uno o dos aminoácidos a la vez, así comprobaron cómo estas diferentes variaciones de KRAS se unían a otras seis proteínas, incluyendo aquellas críticas para que KRAS provoque cáncer. Los investigadores utilizaron software de IA para analizar los datos, detectar alosterismo e identificar la ubicación de sitios terapéuticos conocidos y nuevos.
“El punto fuerte de nuestro método es su escalabilidad. En este trabajo hemos realizado más de 22.000 mediciones biofísicas, un número comparable con el total hecho para todas las proteínas antes de que se pudieran aprovechar los avances en metodologías de secuenciación y síntesis de ADN. Esto es una aceleración enorme y demuestra el poder y potencial de nuestro método”, explica Chenchun Weng, primer autor del estudio e investigador postdoctoral en el Centro de Regulación Genómica.
Hallazgos inesperados
La técnica ha mostrado que KRAS tiene muchos más sitios alostéricos de lo esperado. Las mutaciones en estos sitios inhiben interacciones esenciales para la función de KRAS, sugiriendo que es posible inhibir ampliamente su actividad. Algunos de estos sitios alostéricos son de particular interés, ya que se encuentran en cuatro cavidades diferentes, cada una fácilmente accesible en la superficie de la proteína. Esto representa dianas terapéuticas prometedoras para futuros fármacos. Los autores del estudio destacan una en particular, la ‘cavidad 3’. Esta cavidad está ubicada lejos del sitio activo de KRAS y por lo tanto ha recibido muy poca atención por parte de las farmacéuticas.
Los investigadores también encontraron que pequeñas alteraciones en KRAS pueden cambiar drásticamente sus interacciones, haciendo que la proteína prefiera unas más que otras. Esto tiene implicaciones importantes porque podría conducir al desarrollo de nuevas estrategias para controlar la actividad anormal de KRAS sin perjudicar su función normal en tejidos no cancerosos. Conservar las versiones normales de KRAS significa menos efectos secundarios y tratamientos más seguros y efectivos. Esta información podría ser útil para explicar cómo se comporta KRAS en varios escenarios, lo cual podría ser clave para determinar su papel en diferentes tipos de cáncer.
El estudio proporciona el primer mapa completo de sitios alostéricos obtenido para una proteína completa. La investigación muestra que, con las herramientas y técnicas adecuadas, como las que se han usado para mapear KRAS, se pueden descubrir nuevas vulnerabilidades para modular muchas proteínas con relevancia clínica y que históricamente se han considerado ‘inabordables’.
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