En la era dorada de la genómica y de todas las tecnologías “ómicas”, parece no tener límite la capacidad de identificar, reconocer y explorar la presencia e importancia de los miles de proteínas encargadas de desarrollar las diferentes funciones celulares, desde el mantenimiento básico de su estructura y organización hasta la intrincada complejidad de la red de interacciones que permite la integración y coordinación de los diferentes tejidos y su respuesta a diferentes contextos fisiopatológicos. El espectacular desarrollo de las aproximaciones estructurales, con la guinda de la criomicroscopía de alta resolución, parece estar poniendo por fin a nuestro alcance la determinación de la estructura tridimensional de muchas proteínas hasta hace poco inaccesibles. Y por si todo ello fuera poco, el salto tecnológico derivado de la incorporación de la inteligencia artificial y el “machine learning” a las metodologías bioinformáticas, amplía aún más nuestro arsenal para comprender cómo la estructura de cada proteína, codificada por el genoma al que pertenece, acaba definiendo su comportamiento funcional.
Sin embargo, todos estos enormes avances siguen encontrando un cuello de botella en el estudio de las relaciones estructura-función de las proteínas asociadas a las membranas celulares, prácticamente un 30% del proteoma conocido. Y es que es imposible entender cómo esas proteínas se estructuran, organizan y definen sus funciones sin considerar el particular contexto físico-químico y molecular de las organizaciones lipídicas en las que se integran. Ni siquiera conocemos en detalle el papel que juegan muchas de los cientos de especies lipídicas que la evolución mantiene como parte de la composición celular. Es también parte del problema la necesidad de combinar, en el estudio de los sistemas de membranas celulares, enfoques moleculares y enfoques de la física y químico-física en ámbitos globales, supramoleculares. Ello requiere el trabajo combinado de biólogos, bioquímicos, y físicos y biofísicos, con la dificultad que supone encontrar un lenguaje común y la adecuada puesta en juego de metodologías en escalas temporales y espaciales muy diversas.
Son muchos los sistemas lipoproteicos que definen funciones celulares y fisiológicas esenciales. Sistemas cuya disfunción se encuentra en la base de procesos y manifestaciones fisiopatológicas relevantes y cuyo conocimiento profundo permite abordar estrategias innovadoras en el desarrollo de aplicaciones biotecnológicas y biomédicas. Ello incluye la identificación de interacciones moleculares específicas entre algunas proteínas y ciertos lípidos que actúan como ligandos reguladores clave. También, la disección de propiedades de las membranas (viscosidad, espesor, curvatura, grado de empaquetamiento, etc.) que definen o regulan la interacción, distribución, o dinámica estructural de las proteínas que mantienen una localización estable o se asocian temporalmente a ellas. Y no menos importante, el estudio de la capacidad de muchas proteínas para modificar la estructura y propiedades de las membranas con las que interaccionan, en aspectos que regulan a su vez el comportamiento de otros sistemas.
El estudio de los mecanismos moleculares de sistemas lipoproteicos celulares cuenta con una gran solera en la ciencia española, y ha nutrido en gran medida el nacimiento y crecimiento de nuestra comunidad biofísica, incluyendo la fundación y consolidación de la Sociedad de Biofísica de España (SBE), sociedad hermana de la SEBBM desde su mismo origen. Completan este dossier sobre el estudio de los sistemas lipoproteicos y las interacciones lípidoproteína tres artículos representativos sobre los conceptos bioquímicos, moleculares y biofísicos, de otros tantos sistemas objeto de estudio de tres laboratorios con amplia experiencia en este campo.
Un primer artículo resume el estado actual de la investigación sobre los mecanismos de ensamblado de las proteínas de membrana en su contexto natural por parte de los sistemas celulares. El grupo del Prof. Ismael Mingarro en la Universidad de Valencia lleva años estudiando cómo el conjunto de ribosoma y traslocón en las membranas del retículo endoplásmico puede detectar, direccionar y controlar la biosíntesis y plegamiento de proteínas que deben integrarse en diferentes membranas celulares, con la conformación y orientación necesarias para desarrollar su función.
Una segunda contribución desde la Universidad del País Vasco revisa lo que conocemos de cómo las interacciones lípido-proteína regulan el inicio y desarrollo de un proceso esencial para la homeostasis celular como es la autofagia, que incluye una importante remodelación de orgánulos membranosos como la que subyace a la generación y crecimiento del fagosoma y su fusión con los lisosomas.
Por último, una tercera contribución desde la Universidad Complutense de Madrid muestra el papel crucial de ciertas proteínas como moduladoras de las propiedades de un sistema lipoproteico esencial para la fisiología respiratoria, el conocido como surfactante pulmonar. Resulta este un ejemplo único de cómo el conocimiento integrado de estos sistemas desde un punto de vista molecular y biofísico ha permitido el desarrollo de nuevas aplicaciones en el diagnóstico y terapia de patologías relevantes.
