Antígenos contra el cáncer

Este es un post muy agradable de escribir. Nace para comentar una publicación muy especial de nuestro grupo de investigación. Y es especial por diversos motivos. El principal; se trata de una publicación en una de las mejores revistas internacionales de Química, Journal American Chemical Society. Es un trabajo muy completo y muy especializado que trataré de resumir para que sea legible por el mayor público posible.

Y entro de lleno en el tema, ¿qué son los antígenos? Los antígenos son moléculas que inducen la formación de anticuerpos, debido a que el sistema inmune las reconoce como una amenaza, pudiendo causar por tanto una respuesta inmunitaria. En este sentido, hay células tumorales que tienen sobre-expresadas y modificadas ciertas glicoproteínas.

Alto, un momento, ¿qué es una glicoproteína? Una glicoproteína es una proteína (cadena de aminoácidos) que tienen enlazados determinados carbohidratos (azucares como glucosa y derivados). Cuando la cadena de aminoácidos no es muy larga hablamos de glicopéptido.

Esa modificación en las células tumorales deja muy expuesta la cadena péptica. Es decir, a la glicoproteína le quedan pocas moléculas de carbohidrato “protegiéndola”. Suelen mantenerse un solo carbohidrato llamado N-acetilgalactosamina unido a la cadena peptídica por un aminoácido que es serina o treonina. A esa combinación de N-acetilgalactosamina con serina o treonina se le llama antígeno Tn, y es capaz de generar respuesta inmune.

Este hecho es importante por dos aplicaciones fundamentales. La primera es que al tratarse de una estructura molecular que aparece en células cancerosas, puede servir como marcador de detección de cáncer. Es decir, si tenemos un sistema molecular que reconoce el antígeno Tn y es observable, podemos detectar la existencia de la enfermedad. Esto se puede hacer actualmente con anticuerpos monoclonales y test enzimáticos (ELISA).

La segunda aplicación tiene que ver con las vacunas terapéuticas de las que ya hablé algo en un post anterior y es probable que vuelva a escribir más de ello. Recordamos que a diferencia de las vacunas normales, que se aplican a individuos sanos para activar su sistema inmune, las vacunas terapéuticas se aplican sobre individuos con enfermedad. Esta táctica se puede emplear en etapas iniciales del cáncer. Para estimular el sistema inmune, acudimos a moléculas que generen anticuerpos, que como hemos dicho en los párrafos anteriores llamamos antígeno. O sea, podemos utilizar los antígenos para “acelerar” o “estimular” la respuesta del sistema inmune y poder combatir la enfermedad, en este caso, el cáncer, en sus primeras fases de proliferación.

Pero la respuesta inmunogénica por excelencia en este tipo de moléculas es dada por una secuencia glicopeptídica en la que está incluido el antígeno Tn, las mucinas. El nombre de mucina  viene de la capa viscosa que recubre los epitelios de los órganos huecos del tracto digestivo, respiratorio y genitourinario (mucosidad, moco, ¿nos suena?). A este tipo de antígenos se les denomina antígenos asociados a tumores.

Sin embargo, esas moléculas pueden no ser lo suficientemente efectivas para el tratamiento del cáncer, bien porque el sistema inmune tiene con ellas cierta tolerancia y también porque deben de ser transportadas intactas (sin que sufran procesos de ruptura ni se desvíen de su ruta) a la zona del tumor.

Hay diferentes estrategias que se pueden desarrollar para lograr aumentar esa respuesta inmune. Una de ellas puede consistir en cambiar el átomo (oxígeno) que une la parte carbohidrato con el aminoácido. Por ejemplo cambiar el oxigeno por el azufre. Es bien sabido que estos “tioglicopéptidos” tienen una mayor resistencia a la ruptura química y enzimática y por tanto unos excelentes candidatos para nuestro propósito.

Y aquí es donde comienza la química y estudio realizado en el grupo de investigación. Para empezar obtener los derivados azufrados no es tarea sencilla. Aunque existen muchos procedimientos para “unir” la parte carbohidrato al aminoácido mediante un azufre hay muy pocos que sean selectivos. ¿Qué es esto de selectivos? Una reacción orgánica puede dar diferentes compuestos con la misma formula pero diferente disposición espacial. El organismo es muy listo y solo detecta un tipo de estos compuestos. Conseguir está selectividad y obtener el compuesto que queremos es químicamente muy complejo y es de lo que trata la primera parte del articulo. Utilizamos una reacción denominada Michael (sonará, o debería de sonar a todos aquellos que hayan estudiado una asignatura de Química Orgánica) que adiciona nuestro tio-carbohidrato a la parte aminoácido. Para hacerlo de forma selectiva se emplea algo que denominamos “auxiliar quiral” que esta incorporado en la parte aminoácido. Obtenemos buenos rendimientos y buenas selectividad y además permite introducir una buena serie de carbohidratos. Es decir tenemos un procedimiento bueno, bonito y barato.

Lo siguiente que hay que hacer es saber si estos compuestos pueden comportarse de la misma forma que los derivados oxigenados (aquellos antígenos que daban respuesta inmune). Y para ello lo primero que tenemos que saber es si la disposición espacial es similar. Las moléculas se sienten más cómodas (menor energía) en determinadas disposiciones. Si una de nuestras moléculas tiene que interactuar con otra más grande (anticuerpo) es conveniente que la disposición que necesaria sea una de esas disposiciones cómodas. Para aproximarnos a estas disposiciones en 3D , en las que además tenemos que tener en cuenta el disolvente (el agua), se realizan estudios experimentales de Resonancia Magnética Nuclear (RMN). Los datos que se sacan de ahí se introducen en cálculos teóricos que denominamos de dinámica molecular. Esto nos da unas estructuras teórica pero que tienen que cumplir con los datos experimentales vistos anteriormente. Con esto vemos que nuestra molécula con el azufre se comporta en el espacio, en 3D, de forma similar a sus primo-hermanos que tienen el oxígeno. Y curiosamente, y al igual que en el primio-hermano de la serina, una molécula de agua actúa de puente entre la parte carbohidrato y la peptídica.

Molécula del análogo del antígeno Tn en una de sus conformaciones mayoritarias con una molécula de agua puente

Pero necesitamos saber más. Y lo siguiente es conocer su comportamiento biológico. Aunque lo ideal seria saber si estos compuestos son capaces de generar anticuerpos estaríamos hablado de palabras mayores y son trabajos a realizar en el futuro. Estos estudios necesitan que incorporemos nuestras moléculas en pépticos mayores, necesitan ser testados con anticuerpos, necesitan… más tiempo y más inversión.

Sin embargo, sí podemos acudir a otro tipo de ensayo. Lo que hacemos es enfrentar nuestros compuesto a una lectina (unas proteínas con unas altas afinidades por los carbohidratos). Para ello se realizaron unos ensayos denominados ELLA (del inglés  enzyme-linked lectin assay) con los que pudimos medir la afinidad de nuestro sustrato por la lectina y compararla con sus análogos oxigenados. Con ello pudimos observar satisfactoriamente que no solo el comportamiento estructural era similar sino también su afinidad por proteínas tipo lectina era más o menos igual al antígeno Tn oxigenado y con el aminoácido serina. Además, mediante experimentos de RMN (denominados STD) logramos averiguar cuales eran las partes de la molécula que interacionaban con la lectina.

El análogo de antígeno Tn interacionando con la lectina

Como he dicho anteriormente estos estudios abren la puerta a seguir trabajando con estos sustratos azufrazos e incorporarlos en péptidos más grandes. La tesis del estudiante Ismael Compañón y parte de la tesis de Víctor Rojas van encaminadas a ese objetivo. Y una cosa clara, aunque el título habla de la palabra cáncer y el artículo de metodologías para luchar contra él, esta es una carrera largisima. El artículo es una gota, una pequeña gota en esa larga carrera para paliar una de las enfermedades cuyo solo nombre asusta. En la Ciencia no hay varitas mágicas y en la lucha contra el cáncer tampoco. Inversión, conocimiento, buen y mucho trabajo y si puede ser colaborativo son el camino.

Esta entrada participa en el XXXI Carnaval de Química que organiza MartaMacho en su blog ZTFnews.org