Proteínas de dominio J como moduladores de agregación de proteínas amiloides involucradas en esclerosis lateral amiotrófica
Nicolás Enrique Van Nuland Azuaga
Informe científico final III Convocatoria de Proyectos jóvenes investigadores – FUNDELA
La ELA se caracteriza por la pérdida de la estructura normal de ciertas proteínas, las cuales tienen el potencial de acumularse y generar agregados dentro de las motoneuronas. TDP-43 es una de las proteínas que más relación tiene con este proceso. Entender cómo empieza y se regula su agregación es esencial para progresar hacia nuevas terapias frente a la enfermedad.
En este proyecto financiado por FUNDELA, hemos investigado un conjunto de proteínas denominadas chaperonas moleculares HSP40 o JDPs. Su función es asistir a otras proteínas con el mantenimiento de su estado funcional y prevenir o regular su agregación. Debido a la importancia de la agregación de proteínas en los mecanismos moleculares de la ELA, estos moduladores juegan un papel esencial controlando procesos críticos e impidiendo el avance de la degeneración celular. Específicamente, hemos examinado tres chaperonas humanas: DNAJA2, DNAJB1 y DNAJC7.
Nuestro propósito principal ha sido entender, a nivel molecular, la manera en que estas chaperonas identifican a TDP-43 y cómo alteran su proceso de agregación. Para ello, hemos integrado varios métodos de biología estructural y biofísica, como la microscopía electrónica, la resonancia magnética nuclear (RMN), las simulaciones de dinámica molecular y los ensayos de fluorescencia.
Los hallazgos indican que las tres chaperonas no identifican a TDP-43 de forma idéntica. Hemos encontrado áreas específicas de la TDP-43 y las chaperonas que participan en esta interacción. Además, hemos encontrado evidencias de que DNAJC7 puede experimentar cambios conformacionales que facilitan su interacción con TDP-43. Estos hallazgos contribuyen a comprender la manera en que estas chaperonas pueden ser activadas y detectar a sus proteínas cliente. Asimismo, hemos investigado qué sucede cuando las chaperonas están presentes en la formación de agregados de TDP-43. Los experimentos sugieren que DNAJA2 y DNAJC7 disminuyen la creación de estructuras fibrilares, mientras que DNAJB1 parece propiciar la aparición de fibras más cortas. Estos datos y nuestra caracterización morfológica en detalle sugieren una divergencia de mecanismo hacia un efecto común: impedir la agregación patogénica de TDP-43 en las motoneuronas.
El proyecto ha facilitado, además, la creación de herramientas experimentales novedosas y la formación de colaboraciones a nivel internacional para investigar estos complejos. Una de ellas es una estancia de tres meses en la University of Texas Southwestern, ubicada en Dallas (EE.UU.), donde se perfeccionaron técnicas de cross-linking para estabilizar las interacciones entre TDP-43 y las chaperonas, lo que permitió obtener información estructural adicional.
En conjunto, estos resultados aportan una visión más detallada de cómo las chaperonas moleculares regulan la agregación de TDP-43, uno de los procesos centrales asociados a la ELA. A largo plazo, comprender estos mecanismos podría ayudar a identificar formas de modificar la actividad de las chaperonas y desarrollar estrategias para controlar la formación de agregados proteicos.
El proyecto ha permitido avanzar considerablemente en la caracterización de las interacciones entre TDP-43 y DNAJA2, DNAJB1 y DNAJC7, y establece una base para estudiar en el futuro cómo las mutaciones asociadas a la ELA pueden alterar estas interacciones.