Interactoma humano: el 'facebook' de las moléculas
Las interacciones moleculares pueden establecerse por pares (binarias), pero la mayoría engloba a grandes complejos en los que participan muchas moléculas
Importa quiénes somos y qué hacemos, pero también cómo nos relacionamos con los demás. En realidad, todo lo que nos rodea depende de interacciones: las redes sociales, la inteligencia artificial, el equilibrio de los astros en el universo y, como vamos a ver, también la existencia de los seres vivos y su salud.
El interactoma nos habla precisamente de eso: de relaciones y contactos. Pero entre moléculas.
Resulta que, para poder cumplir con su cometido, las moléculas presentes en las células contactan entre sí en procesos a veces rápidos, a veces lentos y otras permanentes. Las reacciones metabólicas requieren interacciones. Y lo mismo sucede con la expresión de los genes, la respuesta hormonal, la transmisión del impulso nervioso, la respuesta inmune y otros muchísimos procesos intracelulares o intercelulares.
Las interacciones moleculares pueden establecerse por pares (binarias), pero la mayoría engloba a grandes complejos en los que participan muchas moléculas. Estos complejos aseguran la unión de unas células con otras en los tejidos, además de controlar el crecimiento, la diferenciación o división celulares.
La vida existe en interacción
Si el secreto de la vida reside en las interacciones, entonces estamos aún lejos de desvelarlo. Porque numéricamente las posibilidades de interacción entre moléculas son enormes. Sobre todo teniendo en cuenta que no solo debemos considerar interacciones entre moléculas del mismo tipo (proteínas con proteínas, por ejemplo), sino entre moléculas de cualquier procedencia. Sin olvidar las interacciones de las moléculas naturales con moléculas sintéticas como fármacos o contaminantes.
Para hacernos una idea, los humanos tenemos alrededor de 20.000 genes que codifican para proteínas. Pues bien, si calculamos las posibles interacciones proteína-proteína, podríamos predecir hasta 650.000 interacciones binarias.
Claro que el número de genes no lo es todo, ni mucho menos. Cuando representamos las conexiones entre moléculas mediante grandes mapas de interacciones, comprobamos que son cada vez más sencillos a medida que descendemos en la escala evolutiva.
Esto es así porque la complejidad del interactoma depende más de la complejidad del organismo que estemos considerando que de su número de genes. Hay que recordar que los humanos tenemos menos de la mitad de los genes que un grano de arroz, y un número muy similar al de los gusanos. Sin embargo nuestras redes de interactomas son muchísimo más complejas.
Interacciones que enferman
Establecer el interactoma de una proteína permite conocer sus funciones y su localización «normal» en la célula. Pero cuando damos un paso más y comparamos los interactomas en células sanas y tumorales, podemos descubrir las claves del desarrollo de un tumor. Y así conocemos mejor la enfermedad y tenemos la opción de encontrar nuevos medicamentos para curar a los enfermos.
En general, estudiar los interactomas es relevante porque la alteración de una determinada interacción puede llevar al desarrollo de enfermedades neurodegenerativas, infecciosas o cáncer. Incluso del autismo.
Sin ir más lejos, sabemos que la interacción entre la proteína PD-1 y su ligando PD-L1 aumenta en las células cancerosas, lo que provoca el crecimiento de tumores. Se han desarrollado anticuerpos, péptidos y pequeñas moléculas que bloquean esta interacción y que se utilizan hoy en día en tratamientos de algunos tipos de cáncer como el melanoma.
Buscando interacciones a gran escala
Explorando las publicaciones de biomedicina, nos encontramos más de 7.000 artículos científicos que hablan de interactoma. Algunos de ellos se centran en la caracterización de una interacción concreta, pero en los últimos años se han desarrollado métodos para la búsqueda a gran escala de interacciones.
En el año 2020 se publicó en la prestigiosa revista Nature el proyecto «HuRi» (The Human Reference Interactome), dirigido desde el Centro de Biología de Sistemas del Cáncer. Se trata de un esfuerzo conjunto entre los laboratorios Vidal, Roth, Tavernier y Bader. Este ambicioso proyecto ha identificado hasta la fecha 64.006 interacciones que se producen entre 9.094 proteínas.
HuRi ha demostrado que la búsqueda de interacciones es un proceso complejo donde, tras una primera identificación, se requieren otros métodos experimentales independientes del primero para comprobarlas. Afortunadamente la metodología disponible experimenta grandes avances cada día desde la Química y desde la Biología Molecular.
Además, para poder interpretar correctamente el interactoma es necesario también conocer la genómica (estudio de los genes o ADN), el transcriptoma (ARN) y el proteoma (proteínas). Así podremos mejorar los mapas de interacciones en los distintos tejidos, organismos o condiciones.
Inmunoepetidoma: cada enfermo es un mundo
Un área que está en auge dentro del interactoma es el estudio del inmunopeptidoma. Consiste en analizar la interacción de pequeños péptidos (que actúan como antígenos) con proteínas del Sistema Mayor de Histocompatibilidad (MHC). Este sistema se ocupa de exponer las moléculas extrañas, procedentes de virus u otros patógenos, en la superficie de las células. El objetivo es que sean reconocidas por otras células del sistema inmunitario, desencadenando la respuesta inmune.
Alteraciones en el reconocimiento de antígenos están asociadas con cáncer, enfermedades autoinmunes e inflamación (esclerosis múltiple, enfermedad de Crohn, artritis reumatoide…) o enfermedades infeccionas (VIH, tuberculosis, neumonía…). De ahí la importancia de su estudio.
Conocer el inmunopeptidoma permitirá conocer y tratar mejor las enfermedades e incluso mejorar la respuesta a tratamientos ya conocidos. Por ejemplo, permite encontrar neoantígenos, es decir, moléculas que sólo producen las células enfermas y no las sanas, y que por tanto también son dianas excelentes para combatir las enfermedades o diagnosticarlas.
Se buscan sobre todo antígenos que son derivados de mutaciones específicas que aparecen sólo a causa de la enfermedad. Así, los neoantígenos encontrados en el inmunopeptidoma de melanoma podrán ser utilizados como dianas para tratamientos de inmunoterapia.
El inmunopeptinoma permitirá también diseñar tratamientos más personalizados y desarrollar vacunas de nueva generación. Se trata de vacunas que utilizan péptidos o moléculas de ácidos nucleicos para generar células T (del sistema inmune) modificadas que reconocen sólo a las células malignas portadoras del neoantígeno. Estas células T modificadas serán capaces de atacar de manera selectiva las células tumorales, causando por tanto pocos efectos secundarios sobre las sanas.
Nuevos retos, más multidisciplinariedad
Podemos decir que hemos llegado a la era del interactoma y que los científicos estamos preparados para afrontar estos nuevos retos que reportarán sin duda grandes beneficios a la sociedad.
Para ello, deberemos interaccionar y colaborar desde muy distintos campos: biología, química, nanotecnología, bioinformática entre otros. Además de contar con el apoyo de entidades públicas y privadas interesadas en el conocimiento y la innovación.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
