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Publicaciones CNIO, Año 2013

Nature Reviews Genetics

Revisión en 'Nature Reviews Genetics' sobre el papel de la coordinación molecular en evolución

Madrid, 5 de marzo, 2013

El equipo del CNIO que dirige Alfonso Valencia revisa en un artículo las últimas metodologías para el estudio de la evolución de proteínas y sus interacciones, así como sus futuras aplicaciones para el desarrollo selectivo de fármacos

Los investigadores Alfonso Valencia, director del Programa de Biología Estructural y Biocomputación del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), David de Juan, miembro de su equipo, y Florencio Pazos, del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), publican hoy en Nature Reviews Genetics una revisión sobre los últimos métodos computacionales que, basados en principios evolutivos, están revolucionando el campo del análisis y la predicción de la estructura, función e interacciones entre proteínas, así como las expectativas futuras de este área a corto y largo plazo.

“Los métodos y herramientas de análisis computacionales y matemáticos que estudian cómo las proteínas evolucionan de forma coordinada, un proceso conocido como coevolución molecular, han experimentado importantes avances en los últimos años”, resume Valencia.

Esta revolución en el estudio de la evolución a escala micro está permitiendo no sólo predecir interacciones entre proteínas y entender los cambios estructurales que se suceden en ellas, si no que representan también la base para entender cómo las mutaciones introducidas en enfermedades como el cáncer o enfermedades neurodegenerativas afectan al entramado molecular subyacente.

Las proteínas, —al igual que lo hacen a escala macroscópica las distintas especies mediante relaciones como las de competencia o simbiosis—, no actúan de forma aislada, si no que se coordinan las unas con las otras para poder desempeñar sus funciones. Estas relaciones biológicas explican la tendencia de la evolución para introducir cambios coordinados  en las proteínas, lo que permite mantener y modular dichas relaciones.

“El desarrollo de nuevos métodos matemáticos, más poderosos y fiables que los que disponíamos en la década de 1990, nos está permitiendo explorar estos problemas biológicos a escala molecular, y que constituyen una visión más profunda del proceso darwiniano”, explica Valencia. “Estos métodos basados en coevolución nos sirven como anteojos para observar y entender procesos biológicos y moleculares”, ilustra.

MÁS DE 20 AÑOS DE INVESTIGACIÓN PARA PREDECIR RELACIONES MOLECULARES

A lo largo de la revisión, los autores describen aquellos métodos matemáticos que, basados en la evolución de pares, son capaces de predecir interacciones moleculares en sus distintos niveles de complejidad.

Estos métodos incluyen los que ya en la última década del siglo XX predecían puntos  de contacto entre  proteínas; aquellos que  permiten entender la selectividad en las uniones de proteínas muy similares —o pertenecientes a la misma familia— con sus ligandos; o incluso, ya en una escala de complejidad mayor, aquellos que predicen redes de interacciones entre las miles de proteínas que conforman las células.

Durante los últimos 20 años, el equipo de Valencia ha liderado varias líneas de investigación ligadas a este campo, muchas de las cuales siguen siendo estudiadas por otros muchos grupos y en las que su equipo continua siendo un referente mundial.

“En el año 2012 publicamos un nuevo conjunto de predicciones sobre la especificidad de unión del oncogén Ras a otras proteínas. La herramienta estaba basada en métodos coevolutivos que habíamos desarrollado un par de años antes, y que ahora están siendo ampliamente explorados por otros grupos”, explica Valencia. La familia de proteínas Ras está relacionada con un amplio espectro de cánceres, por lo que conocer el lenguaje que utiliza con otras proteínas importantes para las células puede ser la base para el desarrollo de nuevos fármacos.

Los autores del trabajo auguran un futuro muy prometedor en este campo de investigación, en el que bioinformáticos, físicos, biólogos y matemáticos aúnan esfuerzos para conseguir dibujar la complejidad de la dinámica de proteínas.

De Juan lo resume así: “A largo plazo, esperamos una unificación de estos métodos, lo que nos ayudará a manipular o crear nuevos fármacos que ataquen selectivamente las células defectuosas y reducir así efectos secundarios”.


El investigador del CNIO Alfonso Valencia. /CNIO

Artículo de referencia:

Emerging methods in protein co‐evolution. David de Juan, Florencio Pazos, Alfonso Valencia. Nature Reviews Genetics (2013). doi: 10.1038/nrg3414

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