sábado, 21 de abril de 2012

Qué es la proteómica? no dependemos de los genes; dependemos de la expresión de estos + la transcriipción + las proteínas que se generan

Quiero comenzar hablando de un concepto que está equivocado. Un gen no es el responsable de la formación de una única proteína sino que es más probable que un gen sea el responsable de la formación de múltiples proteínas. El genoma humano está constituido por más de 25.000 genes, los cuales cuando se activan se transcriben al lenguaje de RNA mensajero. Esta transcripción está sometida a muchos factores que aumentan la variabilidad, de tal forma que cuando este RNA mensajero se traduce al lenguaje de las proteínas, el número de éstas aumenta hasta 250.000 en el ser humano. A su vez, las proteínas están sometidas a modificaciones postraduccionales que vienen dadas por el medio ambiente, por la toma de fármacos y por situaciones de estrés y así vamos aumentando la variabilidad.

Podemos decir que los genes permanecen muy poco alterados a lo largo de la vida de un organismo, es decir, se comportan de una manera estática. Sin embargo, las proteínas son dinámicas cambian con el medio ambiente. Estos cambios dependen tanto de la secuencia genómica como de las relaciones del individuo con el medio ambiente y no hay que olvidar que una de las principales relaciones que tenemos con el medio ambiente es precisamente la nutrición.

Así pues, estamos avanzando desde unos estudios basados en la genómica a otras disciplinas que están abordando todos estos procesos que van desde la secuencia genética hasta la síntesis de las proteínas y su metabolismo. De este modo están emergiendo técnicas que se centran en el transcriptoma, que estudia qué genes son activos, otras técnicas se centran en la proteómica y otras en la metabolómica, es decir, del flujo de metabolitos y de la función de las proteínas en los distintos ciclos metabólicos.

¿Qué es la proteómica?

La proteómica es el estudio del proteoma, es decir, es el estudio de las proteínas que se expresan en un grupo de células en un momento determinado. ¿Y qué nos puede aportar la proteómica? Imaginemos una comparación entre unas células en un estado normal (sano, control) y otras en un estado patológico. La comparación entre estas dos situaciones nos podría ayudar a identificar señales moleculares relacionadas con las distintas patologías, posibles dianas terapéuticas, efectos pleiotrópicos de los tratamientos farmacológicos e incluso biomarcadores de pronóstico de la enfermedad, de diagnóstico, de evolución y de respuesta a algún tratamiento farmacológico. Es decir, de alguna manera nos podría ayuda a enfocar un tratamiento individualizado, dependiente de las características de cada persona.

Técnicas de proteómica

Hay distintas técnicas de proteómica pero yo me centraré en la electroforesis bidimensional acoplada a técnicas de espectrometría de masas y de identificación de proteínas, que son las técnicas más usadas y las que aparecen con mayor frecuencia en la literatura.

La electroforesis bidimensional es una técnica de separación de proteínas. Somos capaces de extraer las proteínas de un grupo de células de un órgano que queremos estudiar y las sometemos a una separación basándonos en dos características: una es el punto isoeléctrico, de tal forma que las proteínas se separan en el eje horizontal dependiendo de su punto isoeléctrico y una segunda separación se efectúa en el eje vertical, dependiendo de su peso molecular. De esta forma obtenemos un mapa de expresión proteico en el que cada punto corresponde a una proteína y en el que cada proteína tiene unas características determinadas y específicas en cuanto a su punto isoeléctrico y su pH .

Posteriormente, podemos evaluar la expresión de estas proteínas mediante programas de análisis bioinformáticos y podemos identificarlas mediante comparación con bases de datos que están disponibles en internet o mediante técnicas más complejas como es la espectrometría de masas. Lo más importante de estas técnicas es que podemos distinguir entre las distintas isoformas de una proteína.

Proteómica y Nutrición

La proteómica nos puede ayudar a buscar soluciones a problemas en los que la nutrición tiene un importante papel tanto en la prevención como en el tratamiento de enfermedades. Hay ejemplos de aplicación de la proteómica en estudios de obesidad, de diabetes, de distintas enfermedades cardiovasculares, en el cáncer y en problemas asociados con la edad.

En la literatura apenas existen estudios de la proteómica aplicados al campo de la nutrición y la mayor parte se trata de estudios básicos que están centrados en modelos animales o en cultivos celulares, pero he aportado un pequeño resumen de las posibles aplicaciones de la proteómica en el campo de la nutrición.

Hablaré de la proteómica en el estudio de la composición y características de la dieta, en estudios del tracto gastrointestinal, en el metabolismo, en el papel de los nutrientes y los efectos farmacológicos.

Estudios sobre composición y características de la dieta

Se ha aplicado la proteómica en un estudio realizado en el año 2005 (D´Auria E. Acta Paediatr. 2005) para caracterizar distintas isoformas de las beta lactoglobulinas, de las que se piensa que son las principales responsables de la alergia a la leche de vaca.

Se evaluaron distintas leches procedentes de diferentes mamíferos para valorar un posible sustituto a la leche materna, ya que la principal causa de alergia en edad infantil es debido a la ingesta de leche de vaca. Estos autores analizaron y compararon el proteoma de la leche de cabra, de oveja, de búfalo, de vaca, de yegua y de burro. Por desgracia, todas tienen una proporción mayor de beta lactoglobulina que la leche materna pero, curiosamente, desde el punto de vista de la proteómica, en cuanto a disposición de proteínas, número de isoformas y su expresión, las más parecidas a la leche materna son la de cabra y la de yegua.

Estudios del tracto gastrointestinal y absorción de nutrientes

En el año 2005 Marvin-Guy y colaboradores (Marvin-Guy L. Proteomics 2005) realizaron un estudio en el plexo mientérico del músculo liso longitudinal en animales de experimentación. Se trata de un estudio descriptivo pero tiene validez porque han sido capaces de identificar más de 1.000 proteínas distintas en diferentes segmentos del intestino.

Esto nos podría ayudar a identificar nuevas proteínas relacionadas con la aparición de enfermedades, con la digestión y con el tránsito de nutrientes. Como ejemplo, la proteína TCTP que está implicada en el desarrollo del cáncer de colon. Otras proteínas están asociadas tanto al transporte de nutrientes como de ácidos grasos (como la proteína de unión al ácido retinoico y ácidos biliares). Todo ello nos aportaría nuevas dianas para estudiar cómo funciona la dieta, su metabolismo y el tránsito de nutrientes.

Estudios relacionados con el metabolismo

En cuanto a estudios relacionados con el metabolismo, hay uno realizado en el año 2004 (Yan L. J Mol and Cell Cardiol 2004) en el que estudiaron el metabolismo cardíaco en monos, analizando las diferencias entre machos ancianos y jóvenes. Compararon el metabolismo de los corazones en las distintas edades y trataron de establecer las diferencias que existían en las últimas etapas de la vida entre distintos géneros para tratar de dar una explicación al distinto riesgo cardiovascular que existe entre machos y hembras en edad adulta.

Al analizar el proteoma del corazón a nivel de ventrículo izquierdo observaron que los monos machos adultos tenían deficiencias en proteínas relacionadas con el metabolismo, en concreto, todos tenían un patrón de expresión muy parecido a la expresión de la piruvato quinasa. Si comparaban un macho joven con un macho anciano, veían que la expresión de esta proteína estaba significativamente disminuida en los ancianos. Por el contrario, si comparaban hembras jóvenes con ancianas se observaba una deficiencia no significativa. Si se comparaban hembras ancianas con machos ancianos, se observaba una diferencia mayor y significativa. Estos autores interpretan estos datos como una posible explicación del por qué las mujeres en la edad adulta tienen una mayor protección cardiovascular e incluso una mayor longevidad.

Estudios del papel de nutrientes en la salud y la enfermedad

En cuanto al papel de los nutrientes en la salud y en la enfermedad, la mayor parte de estudios que existen se han realizado a partir de la soja y sus derivados, en concreto con la genisteína que es la principal isoflavona de la soja. La genisteína se piensa que, entres sus diferentes funciones, tiene una función de protección frente a distintos tipos de cáncer, entre ellos el de mama.

Unos investigadores en el año 2005 (Rowel C. J Nutr 2005) hicieron un experimento en ratas, a unas les indujeron químicamente cáncer de mama y a otras, además de inducirles el cáncer, les administraron genisteína. Mediante estudios de proteómica observaron modificaciones en 5 proteínas. Se centraron en la proteína GTP-CH1, que tiene especial relevancia en la regulación de otras proteínas relacionadas con el cáncer y proliferación celular. Lo que observaron fue que en el grupo que tomaba genisteína, la proteína GTP-CH1 estaba aumentada, lo que originaba una disminución de expresión de VFG2, que es una proteína relacionada con la proliferación celular y la susceptibilidad al desarrollo de cáncer. Estos investigadores demostraron en animales de experimentación que la genisteína tiene un papel protector frente al cáncer de mama.

Estudios relacionados con efectos farmacológicos

En nuestro laboratorio estamos llevando a cabo un estudio en el que analizamos el proteoma plasmático de pacientes hipercolesterolémicos, antes y después de la toma de una estatina. Observamos que, además de producirse una disminución de los niveles de colesterol, se producía también una disminución de distintos marcadores inflamatorios.

En busca de una dieta individualizada. Proteómica en deporte

Lo que se busca con todos estos estudios es definir una dieta individualizada, es decir, cada individuo tiene unas características y unas necesidades que debemos conocer para prevenir una enfermedad, curarla o adecuarla si estamos en una situación con requerimientos nutricionales especiales. Esto último ocurre en caso de deportistas de élite. En este campo estamos realizando un estudio en el que participan futbolistas de liga de la primera división española.

Nuestro objetivo se centra en la valoración de la hipertrofia cardíaca que se produce en el deportista y que es diferente a la que se produce en estados patológicos. Hay una serie de adaptaciones cardiovasculares secundarias al ejercicio crónico, se produce una hipertrofia cardíaca, bradicardia, un aumento de la función contráctil, aumenta la capacidad máxima de captación de oxígeno, un incremento de la capacidad de trabajo y una serie de efectos beneficiosos, siempre que este ejercicio sea moderado. Se ha visto que revierten parcialmente las anomalías contráctiles asociadas a la hipertensión. Hay muy pocos estudios de proteómica aplicada al deporte.

¿Cuál es el planteamiento de nuestro estudio? El ejercicio de intensidad alta no siempre es beneficioso por distintas razones. Se producen especies reactivas de oxígeno, aumento de la respuesta inflamatoria y daños oxidativos en distintos órganos. Todo ello incrementa el riesgo de padecer lesiones, lo que se conoce como síndrome de sobreentrenamiento.

En nuestro laboratorio realizamos análisis proteómicos en plasma, en monocitos y en polimorfonucleares con muestras de sangre de deportistas de élite (futbolistas de primera división). Estudiamos distintos biomarcadores que pueden dar información acerca del diagnóstico de sobreentrenamiento y sobre su protección. Intentamos también correlacionar estos datos con distintos parámetros fisiológicos y antropométricos que se utilizan en el día a día de la vida del deportista para evaluar el rendimiento físico y cardiovascular.

Nuestro estudio se encuentra en una fase preliminar en la que estamos analizando los datos. Se han estudiado 12 deportistas de élite y se ha elegido como grupo control una serie de personas con hábito deportivo normal (hacen deporte esporádicamente). Hemos estudiado una serie de proteínas: la alfa 1 antitripsina (AAT), la proteína de unión a vitamina D (P-vD), la cadena gamma del fibrinógeno, la alfa-1-antiquimotripsina, la polipoproteína A4 y la haptoglobina, además de una serie de proteínas que estamos pendientes de analizar por espectrometría de masas para su identificación.

En relación con la AAT, hemos identificado 5 isoformas. Una de éstas, la AAT 5, está incrementada de manera significativa en el grupo de élite. Esta proteína está relacionada con la inflamación y se le han atribuido efectos cardioprotectores. También se ha observado un incremento de la isoforma 6 de la haptoglobina en el grupo de deportistas. Esta proteína, entre otras, tiene una función antioxidativa. Podemos deducir que estos deportistas tienen aumentados sus mecanismos antioxidativos en respuesta quizá a una reacción de inflamación secundaria al deporte.

También hemos analizado la expresión de la proteína de unión a vitamina D comprobando que los deportistas tienen una reducción de la isoforma 3. Esta proteína tiene múltiples funciones, transporte de vitamina D, interviene en la inflamación y en procesos de proliferación celular.

Asimismo, hemos estudiado la expresión de alfa 1 antiquimotripsina y hemos identificado 5 isoformas de las cuales 4 estaban incrementadas en el grupo de deportistas. Esta proteína se expresa en condiciones de inflamación.

No se han encontrado cambios significativos en la cadena gamma del fibrinógeno, en la polipoproteína A4 y en el grupo de proteínas pendientes de identificación.

Hemos correlacionado estos marcadores inflamatorios modificados en los deportistas con parámetros que se utilizan habitualmente para la valoración de capacidad aeróbica y anaeróbica y con el estado fisiológico del deportista. Así hemos visto que la alfa-1-antiquimotripsina en su isoforma 5 se correlaciona positivamente tanto con el estado anaeróbico del corazón como con la producción de lactato cardiaca. De esta manera, se podría considerar a la proteína alfa 1 antiquimotripsina como un marcador de capacidad anaeróbica de los deportistas.

En conclusión, los deportistas de élite muestran una mayor expresión de proteínas relacionadas con la inflamación y posiblemente de proteínas relacionadas con la protección frente a radicales libres (como es el caso de la haptoglobina). En definitiva, la proteómica podría ser una herramienta muy útil en el mundo de la nutrición y del deporte.

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