Fluorescent Ubiquitination-based Trbl Turnover Indicator (FUTTI): A tool to detect activity of the Tribbles pseudokinase in vivo

Dentro de cada célula viva, se lleva a cabo una batalla constante y silenciosa para mantener el orden. Las células deben decidir qué proteínas conservar y cuáles desechar, un proceso esencial para el crecimiento, el desarrollo y la prevención de enfermedades. Esta decisión a menudo depende de un sistema de etiquetas moleculares que marcan proteínas específicas para su destrucción, enviándolas al centro de reciclaje de la célula. Entre las muchas moléculas que ayudan a dirigir a este equipo de limpieza se encuentran las proteínas llamadas Tribbles. Estas moléculas actúan como adaptadores, cerrando la breza entre una proteína objetivo que necesita ser eliminada y la maquinaria que realmente la destruye. Si bien estas proteínas son vitales para el desarrollo normal, su mal funcionamiento está relacionado con afecciones graves, incluyendo ciertos tipos de cáncer, donde pueden destruir proteínas sanas demasiado rápido o no lograr eliminar las dañinas. Comprender exactamente cómo funcionan estos adaptadores, y qué partes de su estructura son esenciales para su labor, ha sido un desafío porque los científicos carecían de una forma sencilla de observarlos en acción dentro de un organismo vivo.

Investigadores de la Universidad de Missouri-Kansas City han desarrollado una nueva herramienta para resolver este problema, permitiéndoles ver dónde y cuándo estos adaptadores proteicos están activos dentro de una mosca de la fruta viva. Crearon un sensor que brilla con una luz fluorescente, la cual se atenúa cada vez que el adaptador proteína funciona correctamente. Al observar esta luz, pudieron mapear la actividad de la proteína adaptadora en tiempo real y probar qué partes de la proteína son necesarias para que funcione. Su trabajo reveló que, si bien estas proteínas comparten una estructura común en muchos animales, el mecanismo específico que utilizan para reclutar la maquinaria de destrucción en las moscas de la fruta es único y difiere significengivamente del método utilizado en los mamíferos.

Los científicos comenzaron diseñando un sensor basado en una proteína objetivo específica conocida por ser controlada por el adaptador. En las moscas de la fruta, este objetivo es una proteína llamada Slbo, que juega un papel clave en el desarrollo del ovario. Los investigadores identificaron una sección pequeña y específica de la proteína Slbo que actúa como una señal para la destrucción, una región que la proteína adaptadora reconoce y a la que se une. Tomaron esta señal y la unieron a una proteína fluorescente, creando una molécula híbrida que brilla en verde o rojo. Bajo condiciones normales, esta molécula brillante se acumularía y brillaría intensamente. Sin embargo, si la proteína adaptadora estaba presente y activa, reconocería la señal, marcaría la molécula brillante y la enviaría para ser destruida, haciendo que la luz se desvaneciera. Los investigadores llamaron a este sensor FUTTI, un indicador fluorescente de la actividad de recambio del adaptador.

Para probar si este sensor funcionaba, los investigadores lo introdujeron en moscas de la fruta y observaron los patrones de brillo en sus tejidos. En las alas en desarrollo de las moscas, encontraron que cuando la proteína adaptadora estaba presente en grandes cantidades, el sensor brillante desaparecía de esas células específicas, confirmando que el sensor estaba siendo destruido según lo previsto. Por el contrario, cuando redujeron la cantidad de la proteína adaptadora, el sensor se acumuló y brilló mucho más. Esta relación inversa demostró que el sensor podía reportar con precisión los niveles de actividad de la proteína adaptadora en diferentes partes del cuerpo de la mosca. Observaron resultados similares en los ovarios, donde el sensor se atenuó en células específicas donde el adaptador era conocido por estar activo, demostrando que la herramienta podía mapear la actividad en diferentes tejidos con alta precisión.

Con un sensor funcional en mano, el equipo pasó a investigar las partes específicas del adaptador proteico que lo hacen funcionar. Sabían que la proteína adaptadora tiene una región central que se une a la señal objetivo y una región de la cola que recluta la maquinaria de destrucción. Para probar la importancia de la región de unión central, crearon una versión del adaptador con un cambio pequeño y minúsculo en su estructura, intercambiando un aminoácido por otro. Cuando expresaron esta proteína alterada en las moscas, el sensor permaneció brillante y no desapareció. Este resultado mostró que la región de unión central es esencial para que el adaptador reconozca su objetivo; sin ella, el adaptador no puede agarrar el sensor para destruirlo. Curiosamente, esta versión defectuosa del adaptador todavía afectaba otros procesos celulares, como la división celular, lo que sugiere que diferentes partes de la proteína controlan diferentes funciones.

Luego, los investigadores centraron su atención en la cola de la proteína, que es responsable de reclutar la maquinaria de destrucción. En los mamíferos, esta cola contiene una secuencia específica que se une a una enzima bien conocida llamada COP1, que ayuda a marcar las proteínas para su destrucción. El equipo probó si este mismo mecanismo funcionaba en las moscas de la fruta. Primero, intentaron ver si las versiones de la proteína adaptadora de mamíferos podían funcionar en la mosca. Expresaron versiones de ratón del adaptador en las moscas, pero el sensor permaneció brillante, lo que indica que las proteínas de ratón no pudieron destruir el sensor de la mosca. Incluso cuando añadieron la enzima COP1 de ratón a la mezcla, los adaptadores de ratón siguieron sin funcionar, lo que sugiere que las proteínas de ratón y el sensor de la mosca son incompatibles.

Esto llevó al equipo a investigar la estructura única de la cola del adaptador de la mosca de la fruta. Descubrieron que la versión de la mosca carece del sitio de unión específico para la enzima COP1 que se encuentra en los mamíferos. En su lugar, la proteína de la mosca tiene una cola más larga con una secuencia diferente de aminoácidos. Al eliminar sistemáticamente partes de esta cola, encontraron que una región específica, que contiene una secuencia corta de cuatro aminoácidos, era crítica para la función de la proteína. Cuando mutaron esta secuencia específica, el adaptador perdió su capacidad para destruir el sensor, y la luz permaneció brillante. Este hallazgo sugiere que el adaptador de la mosca de la fruta utiliza un mecanismo único para reclutar la maquinaria de destrucción, uno que no depende de la enzima COP1 utilizada por los mamíferos.

El estudio destaca una fascinante divergencia en la evolución. Mientras que la función central de estas proteínas adaptadoras —reconocer un objetivo y marcarlo para su destrucción— se conserva en los animales, las herramientas específicas que utilizan para realizar el trabajo han cambiado. En los mamíferos, el adaptador depende de una interacción específica con la enzima COP1. En las moscas de la fruta, el adaptador ha evolucionado con una estrategia diferente, utilizando un motivo único en su cola para lograr el mismo resultado. Este descubrimiento no solo proporciona una nueva herramienta para que los científicos estudien estas proteínas en organismos vivos, sino que también profundiza nuestra comprensión de cómo la maquinaria molecular puede evolucionar diferentes soluciones para el mismo problema biológico. El sensor FUTTI ofrece una forma clara y visual de rastrear estas actividades, abriendo la puerta a una mayor investigación sobre cómo estas proteínas influyen en el desarrollo y las enfermedades en una amplia gama de especies.