martes, 18 de octubre de 2011

El milagro revelado

La fruta milagrosa (Synsepalum dulcificum) es una planta de África occidental. Cuando sus frutos entran en contacto con la lengua humana, los sabores ácidos se tornan dulces durante algún tiempo. Se sabe que los nativos africanos la utilizaban como edulcorante y desde hace algún tiempo se identificó a la miraculina, una proteína producida por la planta que es responsable del cambio de sabor; sin embargo, el mecanismo de acción de la miraculina es desconocido, en parte porque es difícil de cuantificar y estudiar. Recientemente, Koizumi et al (2011), desarrollaron un sistema experimental que les permite cuantificar la acción de la miraculina e identificaron un receptor humano que parece ser el blanco de esta singular proteína.

La planta de la fruta milagrosa pertenece a la familia Sapotaceae, igual que el zapote y el mamey, prefiere los suelos ácidos, su altura máxima es de unos 10 metros, y requiere de unos 10 años para alcanzar la madurez. Debido a sus propiedades edulcorantes, han habido varios intentos de comercializarla pero hasta ahora sin mucho éxito.


Una planta de la fruta milagrosa.

Los científicos japoneses responsables de este estudio habían demostrado previamente que la neculina, otra proteína que torna dulces sustancias ácidas, afecta la acción del receptor hTIR2-hTIR3; por otro lado, la neculina y la miraculina son completamente diferentes por lo que no tendrían que seguir el mismo mecanismo. Sin embargo, los científicos notaron que el químico lactisole, un inhibidor de hTIR2-hTIR3, también inhibe la acción de la miraculina, sugiriendo que esta también actúa a través de este receptor.

Para poder cuantificar el efecto de la miraculina, los investigadores usaron un tipo de células llamadas HEK293, que son realmente células de riñón que no expresan el receptor hTIR2-hTIR3, pero son fáciles de cultivar y manipular. Los científicos modificaron estas células para que expresaran el receptor de interés y añadieron un gen reportero que emite fluorescencia cuando el receptor es activado. De esta manera se puede medir cuantitativamente el efecto de la miraculina sobre el receptor. Los investigadores demostraron la utilidad de su nuevo sistema, recapitulando las propiedades conocidas de la miraculina; ésta sólo afecta sabores ácidos y no tiene efecto en un pH (una medida de la acidez de una solución) neutro.


Sistema experimental desarrollado por los investigadores. A la derecha se observa la diferencia en fluorescencia en un pH ácido (5.0) y neutro (7.0). A la izquierda se observa la fuerza de la respuesta a miraculina con respecto al pH.

Los investigadores extendieron sus resultados y cuantificaron el efecto de la dosis de miraculina en la fuerza de la respuesta y, estimulando repetidamente células pre-incubadas con miraculina, obtuvieron evidencia de que esta proteína se une directamente al receptor hTIR2-hTIR3. Los científicos también evaluaron el efecto de la miraculina en combinación con varias moléculas dulces en un pH neutro y determinaron que, en ese pH, la miraculina es un antagonista (reduce la actividad), del receptor hTIR2-hTIR3, mientras que en un pH ligeramente ácido, es un regulador positivo (agonista) de dicho receptor.

En este punto, la evidencia de que la miraculina actúa a través de hTIR2-hTIR3 ya era bastante sólida; sin embargo, los detalles moleculares de la interacción no habían sido develados. Los científicos notaron que el receptor equivalente en los ratones mTIR2-mTIR3, es insensible a la miraculina y construyeron receptores quiméricos (con partes de la proteína humana y partes la del ratón) y lograron identificar una región del receptor, llamada hTIR2 ATD, que es requerida en su variante humana para que la miraculina tenga un efecto.

Después de esto, los investigadores utilizaron modelos computacionales del receptor y una técnica denominada docking, que intenta predecir sitios de interacción entre moléculas, para identificar la posición específica donde la miraculina se une. Con las predicciones de este método, se construyeron nuevas quimeras de hTIR2-hTIR3 con variantes en la región entre las posiciones 448-494 de hTIR2 ATD, y se determinó que es en esta pequeña sección del receptor donde la miraculina interactúa con el receptor.


Resultados del docking, el cuadro naranja indica la región donde ocurre la interacción.

Más allá de elucidar los componentes responsables del efecto de la fruta milagrosa, la relevancia de este articulo radica en que vincula mediante un mecanismo general el efecto de dos proteínas (neculina y miraculina) no relacionadas, lo que es un ejemplo de convergencia evolutiva. Por otro lado la función biológica de estas proteínas sigue siendo un misterio, otras como la capsaicina (proteína que da el sabor picante al chile) le sirven a las plantas como un mecanismo de defensa contra herbívoros, pero dado que la miraculina sólo afecta a primates y no a otros mamíferos, su utilidad no está muy clara. Es posible que el fenómeno que percibimos sea un efecto colateral de alguna otra función no identificada, pero la convergencia en el mecanismo con neculina es evidencia de lo contrario.

Referencias:
Koizumi et al. “Human sweet taste receptor mediates acid-induced sweetness of miraculin” (2011). Proceedings of the National Academy of Sciences 4;108(40):16819-24.

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