La alteración química puede acelerar la disponibilidad de insulina

Los científicos sugieren que una pequeña alteración química de la insulina hace que la molécula actúe más rápidamente mientras preserva su función en el organismo. En el Revista de Química Biológica, los investigadores describen cómo predijeron el efecto con simulaciones por computadora y luego lo confirmaron con experimentos de laboratorio.
Los investigadores encontraron que el análogo de insulina (verde) actúa más rápido sin reducir la capacidad de unirse al receptor de insulina (azul claro).
Crédito de la imagen: Departamento de Química de la Universidad de Basilea

Los investigadores, de Suiza, Estados Unidos y Australia, descubrieron que podían acelerar el desmontaje y la liberación de insulina desde su compleja estructura a su forma disponible mediante la sustitución de un solo átomo de hidrógeno por un átomo de yodo en su estructura molecular.

La insulina es una proteína pequeña que regula la glucosa en sangre al pasar señales a las células. En el cuerpo, existe en dos formas: una compleja para el almacenamiento y otra más simple para la acción.

En su forma de almacenamiento, la insulina existe como un complejo de cinc unido a seis moléculas idénticas llamadas hexámeros. La forma simple y activa es una molécula única no unida o monómero.

Cuando el cuerpo necesita insulina para regular el azúcar en la sangre, el hexámero se desmonta en monómeros.

La molécula de insulina tiene que unirse a una molécula asociada, conocida como receptor de insulina, que se encuentra en la superficie de las células. Esta unión permite que las señales de la insulina pasen a la célula.

Durante algún tiempo, los investigadores han estado experimentando con formas de controlar este proceso de desensamblaje para mejorar el tratamiento de la diabetes, una enfermedad que ocurre cuando la producción de insulina se ve afectada o cuando el cuerpo no puede usarla adecuadamente.

Ingeniería de proteínas

Los investigadores usan varios enfoques para explorar y descubrir nuevas formas de combatir enfermedades con moléculas que no existen en la naturaleza. Esto incluye la creación de versiones sintéticas, o análogos, de compuestos naturales.

La ingeniería de proteínas implica alterar la estructura y la función de las proteínas, los caballos de batalla químicos del organismo, usando solo una computadora o mediante la evolución en el laboratorio.

Un área de aplicación prometedora es el desarrollo de fármacos de diseño para proteger contra varias cepas del virus de la influenza.

En el nuevo estudio, Markus Meuwly, profesor de química en la Universidad de Basilea en Suiza, y sus colegas experimentaron con varios análogos de insulina al reemplazar estratégicamente átomos individuales en la estructura molecular de la insulina natural.

Enfoque prometedor para optimizar compuestos medicinales

Las simulaciones por computadora basadas en la química cuántica y la dinámica molecular, que modelaron los procesos en el cuerpo que implican la insulina, permitieron al equipo observar las propiedades de los análogos.

Luego llevaron a cabo experimentos de laboratorio para confirmar las propiedades observadas en las simulaciones por computadora. Estos experimentos usaron métodos tales como cristalografía y resonancia magnética nuclear.

Los investigadores descubrieron que el intercambio de un átomo de hidrógeno por un átomo de yodo mejoró la disponibilidad de insulina pero no modificó su afinidad por el receptor de insulina.

Es bastante concebible, dicen los investigadores, que su análogo de insulina, que difiere de la insulina natural en un solo átomo, tenga potencial clínico como un nuevo medicamento.

El uso de átomos de halógeno, un grupo que incluye flúor, cloro, bromo y yodo, es un enfoque prometedor para optimizar los compuestos en la química médica, dicen los investigadores, que agregan:

"Inspirada por la química cuántica y la dinámica molecular, dicha 'ingeniería halógena' promete extender los principios de la química medicinal a las proteínas".

Descubra cómo la diabetes y la obesidad podrían prevenirse con una proteína nueva.

Fibrilación auricular: nuevo tratamiento muestra promesa

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