Una proteína de la levadura del pan muestra potencial contra células de leucemia

Científicos testearon in vitro el efecto de la enzima L-asparaginasa en células de leucemia linfoide aguda. Los resultados salieron descritos en la revista Scientific Reports

Por Karina Toledo  |  Agência FAPESP – Una enzima detectada en levaduras de la especie Saccharomyces cerevisiae –también conocida como levadura del pan– exhibió potencial para eliminar selectivamente células de leucemia linfoide aguda (LLA) en pruebas in vitro.

La LLA, caracterizada por alteraciones malignas en las células madre que dan origen a los componentes de la sangre existentes en la medula ósea, es el tipo de cáncer más común durante la infancia.

Investigadores de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas de la Universidad de São Paulo (FCF-USP) y del Instituto de Biociencias de la Universidade Estadual Paulista, campus del Litoral Paulista (IB-CLP-Unesp), describieron los resultados de esta investigación, realizada con el apoyo de la FAPESP, en un artículo publicado en la revista Scientific Reports.

“En este trabajo efectuamos la caracterización de la enzima L-asparaginasa de S. cerevisiae. Los resultados indican que esta proteína es capaz de aniquilar eficientemente a las células leucémicas, con baja citotoxicidad sobre las células sanas”, dijo Gisele Monteiro, docente de la FCF-USP y coordinadora del estudio publicado.

Tal como explicó la investigadora, en determinadas neoplasias, entre ellas la LLA, las células tumorales exhiben una deficiencia en la producción de una enzima llamada asparagina sintetasa. Como resultado de ello, no son capaces de sintetizar un aminoácido llamado asparagina.

“Este tipo de células depende de fuentes extracelulares de asparagina, un aminoácido fundamental para la síntesis de proteínas y, por ende, de ADN y de ARN. Por lo tanto, resulta esencial para la división celular. Pero la enzima asparaginasa depleta ese aminoácido del medio extracelular, convirtiéndolo en aspartato y amoníaco. En pacientes con LLA, esto resulta en una merma acentuada de los niveles séricos de asparagina, lo que compromete la síntesis de proteínas en las células malignas e induce la apoptosis [una especie de suicidio celular]”, explicó Monteiro.

De acuerdo con la investigadora, desde la década de 1970 se venido utilizando en el tratamiento de la LLA una enzima muy similar a la L-asparaginasa descrita en el estudio, pero extraída de la bacteria Escherichia coli. Junto con otros medicamentos, la terapia con la enzima bacteriana puede generar una tasa de remisión de hasta un 80%. Sin embargo, alrededor del 25% de los pacientes exhibe reacciones inmunológicas al tratamiento, que van de leves alergias hasta shocks anafilácticos, razón por la cual se ven imposibilitados de tratarse con ese biofármaco.

Como alternativa a éste existen en el mercado internacional otros dos medicamentos de la misma clase. Uno de ellos es el PEG-asparaginasa, una versión de la asparaginasa de E. coli modificada químicamente para esconder sitios inmunogénicos de la molécula y aumentar el tiempo de actividad en el organismo. Esto hace posible una disminución de la dosis terapéutica y, por consiguiente, una merma de los efectos adversos. El otro fármaco similar es conocido como Erwinase, que es la misma enzima asparaginasa, pero extraída de la bacteria Erwinia chrysanthemi.

“En razón de la existencia de patentes de la industria farmacéutica, el costo de estos dos fármacos alternativos puede ser entre 15 y 60 veces más alto que el de la asparaginasa de E. coli nativa, la cual, por cierto, es la única aprobada para su comercialización en Brasil por la Agencia Nacional de Vigilancia Sanitaria (Anvisa)”, dijo Adalberto Pessoa Junior, docente de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas (FCF) de la USP.

Otro factor restringe aún más las opciones terapéuticas para los portadores brasileños de LLA: la única empresa que fabricaba la asparaginasa de E. coli en el país canceló su producción en 2013.

Frente a la crisis en el abastecimiento del biofármaco, varios científicos brasileños de diferentes universidades iniciaron proyectos con el objetivo de identificar nuevas fuentes de la enzima. En ese contexto tuvo su inicio el Proyecto Temático intitulado “Producción de L-asparaginasa extracelular: de la bioprospección a la ingeniería de un biofármaco antileucémico”, coordinado por Pessoa Junior. Además de Monteiro, también es investigador principal el profesor Marcos Antonio de Oliveira del IB-CLP-Unesp.

“Nuestro objetivo en este proyecto no consistió únicamente en producir la enzima, sino también en buscar en microorganismos una nueva fuente de este fármaco, apuntando a su aplicación también en los casos en los cuales los pacientes desarrollen resistencia a la enzima bacteriana”, comentó De Oliveira.

A tal fin, los investigadores aislaron hongos procedentes de diversos biomas brasileños, tales como el Cerrado y la Caatinga, y también de ambientes marinos y terrestres de la Antártica. Según De Oliveira, esos organismos suelen secretar asparaginasas hacia el medio extracelular cuando existe una carencia de nitrógeno. “Esto torna más barata la purificación de la molécula para la producción de fármacos, lo cual es importante desde el punto de vista industrial”, explicó.

El grupo también empleó herramientas de bioinformática para analizar bancos de datos internacionales con información sobre el genoma de diversos microorganismos. De este modo fue como se detectó en el genoma de la S. cerevisiae un gen encargado de producir una enzima muy similar a la hallada en la E. coli y en la E. chrysanthemi, pero con algunas ventajas.

Según Iris Munhoz Costa, primera autora del estudio, como la levadura es un organismo eucariota (sus células tienen un núcleo bien definido donde se almacena el material genético), se asemeja más al organismo humano que las bacterias. Por este motivo, se cree que la L-asparaginasa induce una respuesta inmunitaria más blanda que las enzimas bacterianas.

Se clonó entonces el gen de la L-asparaginasa y, mediante ingeniería genética, los investigadores lograron hacer que la bacteria E. coli expresara a la enzima hallada originalmente en la levadura en grandes cantidades. “Logramos obtener la proteína recombinante y realizamos estudios para caracterizar su estructura secundaria e identificar regiones importantes de la enzima: los sitios catalíticos. Luego analizamos su eficacia in vitro”, dijo Munhoz Costa.

Se testeó la enzima en tres linajes celulares distintos: uno tumoral incapaz de producir asparagina en niveles normales (MOLT4), otro también maligno, pero capaz de producir asparagina normalmente (REH), y un tercer linaje no maligno (HUVEC), que hizo las veces de control.

Esos tres diferentes linajes quedaron subdivididos en dos grupos: uno al que se lo trató con la enzima comercial de E. coli y otro tratado con la L-asparaginasa de levadura.

“La enzima de bacteria mató aproximadamente al 90% de las células tumorales del linaje MOLT4 y exhibió baja toxicidad para el linaje normal (HUVEC): mató tan sólo al 10%. En tanto, la enzima de levadura eliminó entre el 70% y el 80% de las MOLT4 y exhibió una toxicidad de menos del 10% para las células HUVEC. Y en el linaje REH, la eficiencia de ambas las enzimas no fue significativa”, informó Monteiro.

A juicio de la investigadora, los resultados son alentadores, muy diferentes a los estudios realizados con la misma enzima durante la década de 1970. En aquella época, se testeó una versión de la proteína extraída directamente de la levadura, con muchas impurezas.

Buena parte del trabajo descrito en el artículo se llevó a cabo durante la maestría de Munhoz Costa, con Beca de la FAPESP y bajo la dirección de Monteiro.

El doctorando Leonardo Schultz da Silva, becario de la FAPESP y dirigido por De Oliveira, colaboró con los análisis estructurales de la proteína.

El próximo paso del grupo consistirá en realizar nuevas pruebas in vitro con distintos tipos de células a los efectos de evaluar la respuesta inmunitaria y la toxicidad. En caso de que los resultados sean positivos, podrá avanzarse con los primeros test en animales. El grupo estudia también posibles modificaciones que podrían efectuarse en la estructura de la molécula para aumentar la actividad antitumoral y expandir la vida media de la enzima en el organismo.

Aparte de la LLA, la asparaginasa también se utiliza en el tratamiento de otras neoplasias más raras, tales como el linfosarcoma, las enfermedades de Hodgkin’s, la leucemia linfocítica crónica, el reticulosarcoma y el melanosarcoma.

Puede leerse el artículo intitulado “Recombinant L-asparaginase 1 from Saccharomyces cerevisiae: an allosteric enzyme with antineoplastic activity” (DOI: 10.1038/srep36239) en el siguiente enlace: nature.com/articles/srep36239.