El descubrimiento podría ayudar a los médicos a detectar el rechazo antiguamente y cambiar la inmunosupresión

El progreso marca el comienzo de una nueva era para un estudio más preciso de proteínas en células específicas.

Los científicos tienden a mirar los patrones cambiantes de las proteínas como a través de lentes sumergibles, absorbiendo solo una fracción de la información disponible sobre sus estructuras únicas. Pero en un nuevo estudio que se publicará el 27 de enero en la revista Science, los científicos aplicaron una lupa a estas mismas estructuras y crearon un mapa más claro de las familias de proteínas. Luego, sostuvieron el mapa frente a los receptores de trasplantes de hígado y encontraron nuevos marcadores en las proteínas de las células inmunitarias que cambiaban con el rechazo.

El resultado, el Blood Proteoform Atlas (BPA), delinea más de 56.000 moléculas de proteína exactas (llamadas proteoformas) tal como aparecen en 21 tipos de células diferentes, casi 10 veces más de estas estructuras que las que aparecieron en estudios anteriores similares.

Rascar la superficie del potencial

«Estamos trabajando para crear la proteína equivalente al Proyecto Genoma Humano», dijo Neil Kelleher, un destacado experto en proteómica y coautor correspondiente del artículo. «BPA es un microcosmos de esto, incluido un caso de uso específico».

Kelleher es profesora Walter y Mary Glass de biociencias moleculares y profesora de química en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y profesora de medicina en la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad de Northwestern. También es director del Instituto de Química de los Procesos de la Vida (CLP) y director de la facultad de Northwestern Proteomics, un centro de excelencia dentro del CLP que desarrolla nuevas plataformas para el descubrimiento y diagnóstico de fármacos.

Cada gen humano tiene al menos de 15 a 20 formas únicas de proteínas transformadas (proteoformas). Y con 20.300 genes individuales en el cuerpo humano, hay millones de proteoformas creadas por variación, modificación o empalme genético. Kelleher dijo que con una hoja de ruta integral de la familia de proteínas de cada gen, el objetivo de una importante iniciativa científica conocida como Proyecto de Proteoformas Humanas, se acelerarán los descubrimientos sobre enfermedades, envejecimiento y nuevas terapias.

El laboratorio de Kelleher utiliza espectrometría de masas y análisis de datos de última generación para identificar de manera eficiente las proteoformas en las células y la sangre, manteniendo las proteoformas intactas en una forma de análisis «de arriba hacia abajo» en lugar de cortarlas en pedazos pequeños como con el estándar de la industria. .

«Estamos empezando a ver la complejidad», dijo. «En este documento, demostramos mediciones de proteoformas, tipos de células y específicas del paciente, que nos permiten obtener mejores biomarcadores».

Un análisis de sangre para el rechazo del trasplante de hígado

Tener miembros del equipo en diferentes disciplinas permite que el proyecto conceptualice una transición de la mesa de laboratorio a la cama del paciente. Mientras Kelleher explora la base científica de los fenómenos en la célula, el autor correspondiente y hepatólogo de trasplantes de Northwestern Medicine, Josh Levitsky, trabaja con él para comprender cómo se pueden aplicar a un sistema específico.

Levitsky, profesor de medicina, cirugía y educación médica en Feinberg, originalmente vinculado a Kelleher a través de su liderazgo en el espacio de biomarcadores, donde se usan signos medibles en la sangre para predecir métricas de salud en pacientes que enfrentan dolencias, y en este caso, el trasplante de hígado. rechazo.

«Era realmente importante para Neil que hubiera un ejemplo biológicamente relevante para contextualizar cómo estos paneles de proteoformas pueden identificar enfermedades como marcadores de forma no invasiva», dijo Levitsky. «Y también existe la necesidad en mi campo de tener biomarcadores mecánicos más relevantes para sus vías biológicas inmunitarias. Esto podría ser el comienzo de una nueva era en los marcadores específicos de células».

Los médicos deben suprimir el sistema inmunitario con terapia farmacológica y controlar a los pacientes de trasplante de hígado para detectar signos de rechazo, a menudo respondiendo solo después de que comienza un episodio. Las conjeturas durante este proceso podrían eliminarse con un conocimiento específico de lo que sucede al nivel más granular.

Con el BPA como mapa de referencia, el equipo tomó muestras de sangre de los participantes en uno de los estudios de recolección de biomarcadores de Levitsky. Examinaron qué proteoformas parecían activarse en respuesta al trasplante e identificaron aquellas que cambiaron en relación con los pacientes sin rechazo.

Luego, el equipo de Levitsky y Kelleher desarrolló un panel de 24 proteoformas del estudio inicial y las examinó en muestras de trasplantes de todo el país. Encontraron las mismas proteoformas ilustradas que en la primera prueba.

Mover el campo hacia adelante

«La promesa aquí es poder usar este panel en el futuro para poder identificar a los pacientes que no tienen signos de rechazo frente a los que tienen pruebas de rechazo muy tempranas», dijo Levitsky. «Si podemos resolver esto varias semanas antes de que ocurra el rechazo, podremos modificar la inmunosupresión».

Levitsky continúa examinando cómo cambian las proteoformas con el tiempo en los receptores de trasplantes para desarrollar biomarcadores adicionales que podrían informar cómo trata a los pacientes en todos los ámbitos. Kelleher dijo que a medida que crece la cantidad de tipos de células en el atlas, también lo hacen las posibles formas de usarlo. Además de ampliar el conocimiento sobre la biología humana, el BPA podría tener aplicaciones similares en los trastornos inmunitarios.

El estudio, «El atlas de proteoformas sanguíneas: un mapa de referencia de proteoformas en células hematopoyéticas humanas», se llevó a cabo en seis instituciones con 26 científicos. Rafael D. Melani, profesor asistente de investigación en el Grupo Kelleher, fue el primer autor del artículo, junto con Vincent R. Gerbasi, también de Northwestern, y Lissa C. Anderson de la Universidad Estatal de Florida.

La investigación fue apoyada por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de los Institutos Nacionales de Salud (números de premio: P41 GM107569, R21LM013097, T32 GM105538 y R21 AI135827), el Programa Atlas Biomolecular Humano (número de premio: UH3 CA246635-02), Paul Premio del programa G. Allen Frontiers (número 11715), beca de la Fundación Knut y Alice Wallenberg (2016.0204) y beca del Consejo Sueco de Investigación (2017-05327). El trabajo realizado en el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético cuenta con el apoyo de la División de Investigación de Materiales y la División de Química de la Fundación Nacional de Ciencias y el Estado de Florida.