27/11/2024

Las proteínas son moléculas esenciales para la vida, desempeñando un papel crucial en casi todos los procesos biológicos. Aunque su importancia es indiscutible, aún queda mucho por descubrir sobre cómo estas macromoléculas llevan a cabo sus funciones complejas.

Uno de los aspectos más intrigantes es la alostria, un mecanismo en el que los eventos en una región de la proteína influyen en su función en otra región distante. Se estima que alrededor del 50% de las proteínas conocidas exhiben alguna forma de alostria, lo que resalta su papel fundamental en la regulación de procesos biológicos como la señalización celular, el metabolismo y la respuesta inmunológica.

Comprender la alostria tiene implicaciones profundas. Además de ampliar nuestro conocimiento básico sobre biología, abre la puerta al diseño de medicamentos innovadores. En lugar de actuar directamente sobre el sitio activo de las proteínas, los fármacos podrían ser diseñados para regular funciones a través de regiones alostéricas, lo que resultaría en una mayor especificidad y menos efectos secundarios.

Fue en este contexto que Tianyi Yang, Ph.D. en Bioquímica y Biología Molecular, un experto en bioquímica, biología molecular y química computacional, hizo contribuciones significativas. Tianyi es el autor de un estudio que explora las vías de señalización dentro de las proteínas, publicado en colaboración con la Universidad de Clark, titulado “Dinámica y vías de información alostérica de c-Cbl no fosforilado”. En su investigación, utilizó simulaciones avanzadas para mapear las vías a través de las cuales se transmiten las señales internamente en las proteínas alostéricas.

Para comprender el impacto del trabajo de Tianyi, es esencial entender el concepto de alostria. Dicho de manera sencilla, imagina que una proteína es una máquina molecular con diferentes componentes. Cuando una molécula (como una hormona o un ion) se une a una parte de la proteína, esta interacción puede desencadenar cambios estructurales que afectan cómo funcionan otras partes de la proteína.

Estos cambios no siempre son obvios. “Es como un mensaje secreto transmitido a través de un cable invisible”, explica Tianyi. “La alostria ocurre debido a redes de interacciones dentro de la proteína, donde los movimientos en una región alteran la dinámica en otra, incluso si están físicamente distantes.”

Investigación de Tianyi Yang

En el estudio dirigido por Tianyi, el equipo utilizó simulaciones de dinámica molecular para estudiar cómo las proteínas transmiten señales alostéricas. Uno de los ejemplos que investigaron fue la ligasa E3 de ubiquitina, una enzima crítica para la degradación de proteínas. “Nuestro objetivo era identificar los caminos más cortos que los mensajes recorren dentro de la proteína”, subraya.

Utilizando algoritmos computacionales, como el método de subgrafo, el equipo visualizó las redes de comunicación interna dentro de la proteína y determinó qué residuos eran críticos para propagar estas señales. Este enfoque reveló que pequeños cambios podían tener impactos significativos en la funcionalidad de la proteína, ayudando a entender cómo las mutaciones pueden llevar a enfermedades o cómo se pueden diseñar intervenciones farmacéuticas.

Además, Tianyi exploró la transición conformacional en el receptor de insulina humano, otra proteína de relevancia clínica. “Estos receptores juegan roles clave en la regulación de la glucosa y el metabolismo energético. Entender cómo se activan o desactivan ayuda no solo en el tratamiento de la diabetes, sino también en el desarrollo de terapias dirigidas para condiciones metabólicas.”

El reconocimiento de la excelencia de Tianyi Yang en su campo se evidencia en numerosas certificaciones y premios que celebran sus contribuciones académicas y científicas. Entre ellos, se destaca el Premio de Viaje al Investigador Joven en Ciencia de las Proteínas, otorgado por Wiley en el 37º Simposio Aniversario de la Protein Society en 2023, por la presentación del póster del proyecto sobre el receptor de insulina. En 2021, Tianyi también recibió el prestigioso Premio Anthony D. Theoharides, que reconoce la excelencia en la enseñanza y la investigación, de la Escuela de Química y Bioquímica Gustaf H. Carlson de la Universidad de Clark. Además, recibió el Premio Finn Wold y el Premio Aniversario de Ciencia de las Proteínas, patrocinados también por Wiley, durante el 35º Simposio Aniversario de la Protein Society en 2021, por el proyecto sobre la alostria de la ligasa E3 de ubiquitina, lo que subraya su impacto en el avance de la investigación en proteínas y alostria.

La relevancia de su estudio va más allá del ámbito académico. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), enfermedades crónicas como la diabetes, el cáncer y el Alzheimer afectan a millones de personas en todo el mundo. Muchas de estas afecciones tienen raíces moleculares relacionadas con proteínas disfuncionales. En este contexto, la alostria surge como un factor clave en el desarrollo de terapias más efectivas.

“Lo que hace que la alostria sea tan fascinante es su versatilidad. Podemos pensar en ella como un interruptor que controla la función de una proteína sin interferir directamente con el sitio activo. Esto abre soluciones creativas en áreas donde las terapias tradicionales han fracasado”, comenta el experto.

La investigación de Tianyi también es un claro ejemplo de cómo los avances tecnológicos están transformando la ciencia. Herramientas como las simulaciones de dinámica molecular, la inteligencia artificial y el aprendizaje automático han permitido mapear interacciones complejas en las proteínas, algo que era imposible hace solo una década.

“El uso del aprendizaje automático en biología nos está permitiendo predecir interacciones y estructuras con una precisión cada vez mayor”, dice. “Por ejemplo, al integrar datos experimentales como la RMN con modelos computacionales, podemos identificar regiones alostéricas y sugerir compuestos para modularlas de manera más eficiente.”

A pesar de estos avances, Tianyi reconoce que aún quedan desafíos. “La alostria es compleja porque cada proteína es única. Necesitamos modelos aún más refinados para captar los matices específicos de cada sistema”, afirma.

Sin embargo, el futuro parece prometedor. Estudios como el de Tianyi están abriendo el camino para un nuevo tipo de medicina, donde el enfoque está en entender los sistemas biológicos como redes dinámicas e interconectadas.