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| Acta Bioquímica Clínica Latinoamericana |
| ¿Qué son los interferones? |
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El Comité de Redacción de Acta Bioquímica Clínica Latinoamericana ha seleccionado este artículo publicado en "Investigación y Ciencia" (agosto 2001) para su difusión a través de FABA-Informa
Los interferones constituyen el ejemplo más representativo de productos biológicos sintetizados por el organismo en cantidades muy pequeñas, pero con propiedades importantes. Actúan en primera línea de defensa contra infecciones víricas y parasitarias. Estas proteínas han abierto las puertas al campo de la biotecnología. El trabajo desarrollado con tales moléculas, dado su interés sanitario, ha servido de referencia sobre la rentabilidad práctica de la investigación básica. Hoy en día, los interferones son el segundo producto biotecnológico más vendido en el mundo. En 1999, se fabricaron tres kilogramos, valorados en 4.000 millones de dólares, para el tratamiento de cánceres, infecciones víricas y enfermedades neurodegenerativas. La verdad es que los interferones han sido el motor para que la industria farmacéutica se interesara por la biotecnología, con lo que ello ha supuesto de cambio en el concepto tradicional de purificación de compuestos biológicos. Han revolucionado, además, la medicina hospitalaria, ya que al ser una de las primeras sustancias naturales obtenidas por ingeniería genética, su administración en pacientes ha permitido establecer procedimientos de control y seguimiento, así como de obtención de datos farmacológicos, posteriormente aplicados a otros productos orgánicos. Pero, ¿qué son los interferones? La historia próxima comienza en 1957, con el descubrimiento de cierta sustancia protectora contra los virus por Alick Isaacs y Jean Lindenman, del Instituto Nacional de Investigaciones Médicas de Londres (NIMR). Como la mayoría de los descubrimientos, éste nació de observaciones rigurosas y de la intuición de los investigadores para percatarse de la importancia de sus observaciones. El experimento inicial fue sencillo. Incubaron células de embrión de pollo durante 24 horas en un medio de cultivo con virus de la gripe, previamente inactivado por radiación ultravioleta. Observaron que se liberaba de las células, al medio de cultivo, cierto producto; éste, cuando se añadía a células frescas procedentes de embriones de pollo, impedía ("interfería") la replicación de la estirpe salvaje y lítica del virus de la gripe (Fig. 1). Es decir, las células así tratadas quedaban totalmente protegidas contra la infección por el virus gripal. Debido a que el principio activo "interfería" (impedía) la replicación vírica, se le bautizó con el nombre de interferón.
La nueva molécula La comunidad científica internacional comenzó a interesarse por la nueva molécula. Se vio que su actividad biológica trascendía la función antivírica para ejercer también efectos antitumorales y reguladores del sistema inmunitario. Con el tiempo se halló que no se trataba de una sola proteína. Había un conjunto de genes que codificaban distintos interferones. Podemos reducirlos a dos clases principales: el interferón de tipo I (alfa y beta) y el de tipo II (gamma). El interferón de tipo I lo producen los fibroblastos y células leucocitarias en respuesta a infecciones víricas, inducidos por la síntesis de ARN bicatenario como intermediario en la replicación vírica. El interferón de tipo II lo fabrican los linfocitos en respuesta a mitógenos. Dentro del interferón de tipo I hay, a su vez, dos clases: el interferón-a, que procede de una familia multigénica, y el interferón-b, que está codificado por un solo gen. En el tipo II, el interferón- también está codificado por un solo gen. Esta diversidad de interferones añade complejidad a sus acciones finales y a los mecanismos involucrados en los procesos. Interferón por ingeniería genética Durante los años setenta emerge la nueva genética molecular, al descubrirse las enzimas de restricción y al demostrar Herbert W. Boyer y Stanley Cohen que las bacterias podían servir de factorías para fabricar proteínas de interés, como la insulina y la somatostatina. En 1980, el grupo de C. Weissmann, de Zurich, clonaba el primer gen de interferón en la enterobacteria Escherichia coli. De inmediato hay un salto espectacular en el sector farmacéutico que, al poder disponer del interferón en cantidad, puede pensar en aplicarlo como agente terapéutico contra virus y tumores. La disponibilidad de la proteína en estado puro y el interés por conocer su mecanismo de acción alentaron los pasos siguientes: desentrañar la estructura de la proteína, conocer su interacción con la membrana celular e identificar las señales intracelulares emitidas. Para desvelar la estructura se recurre al análisis de difracción de rayos X. Se supo así que los interferones son proteínas que se asocian consigo mismas para formar dímeros, con unos dominios específicos que le podrían servir para interaccionar con el receptor. Posteriormente, gracias a la clonación de los receptores de interferones de tipo I y II, se demostró que tales receptores eran proteínas integrales de membrana de tipo I (atraviesan una vez la membrana plasmática). Los receptores constan de una parte extracelular, implicada en la unión a los interferones, una parte transmembrana y una parte intracelular, necesaria esta última para transmitir a la células distintas señales (Fig. 2).
Mecanismos de acción Había que identificar el mecanismo de acción de los interferones. ¿Cómo pueden unos factores solubles ejercer acciones tan dispares y, a la vez, tan específicas? Aunque se ha avanzado bastante en la respuesta, persisten muchos cabos sueltos. Fruto del empeño investigador, se conocen las cascadas de señalización que llegan desde la membrana de la célula y terminan en la inducción de múltiples genes del núcleo. A fin de los años ochenta, se consiguió descifrar los procesos moleculares mediante los cuales los interferones, tras unirse al receptor, activan la transcripción de genes específicos, genes que determinan su propia funcionalidad. El descubrimiento del mecanismo de señalización en respuesta a interferones, pionero en ese ámbito de la bioquímica, puso las bases para el conocimiento de la señalización mediada por otras citoquinas (IL-2, IL-3, etc.), que ejercen funciones clave en la defensa del organismo contra patógenos y tumores. Los genes inducidos en la fase de transcripción por los interferones serán los responsables últimos de los efectos ejercidos por las citoquinas. Así, los distintos interferones inducirán la síntesis de diferentes conjuntos de proteínas (unas comunes, otras particulares para cada caso). Mediante ensayos con chips de ADN se han identificado entre 100 y 200 proteínas inducidas en respuesta a cada una de las tres clases de interferones, a, b o g. Esto nos da una idea de la complejidad y especificidad de las respuestas ejercidas por tales factores. Probablemente, esta complejidad aumente cuando se disponga del análisis completo de los aproximadamente 30-40.000 genes del genoma humano. Hasta aquellos ensayos, sólo se tenía constancia de la inducción por los interferones en una treintena de proteínas, cuya misión particular se ignoraba en la mayoría de los casos. De las proteínas inducidas por interferones cuya acción está ahora comprobada, las hay con propiedades víricas (como la proteína quinasa activada por ARN bicatenario, PKR, las proteínas Mx, la iNOS o la familia de 2-5 A sintetasas), antitumorales (como PKR, IRF-1, p21) o proteínas con capacidad de regular distintos aspectos de la respuesta inmunitaria (complejo principal de histocompatibilidad, LMP, TAP), entre otras muchas. En los años setenta, el grupo de investigación del NIMR en Londres, acometió una serie de experimentos que llevaron a la demostración de que el interferón inhibía la replicación vírica en el proceso de traducción del ARN mensajero. La proteína PKR y la apoptosis La proteína quinasa PKR es un importante mediador de las acciones de los interferones. Se ha demostrado que participa en su acción antivírica y antitumoral. En particular, la PKR ejerce una acción antivírica frente al virus de la inmunodeficiencia humana, el virus vaccinia y el virus de la estomatitis vesicular. La exquisita sensibilidad de la proteína quinasa PKR como proteína antivírica se ve reforzada por el hecho de necesitar de ARN bicatenario para activarse. Este ARN no se encuentra normalmente en las células, sino que se sintetiza durante la replicación vírica. Por eso la enzima se activa selectivamente durante la infección vírica. En 1994 se descubrió que el gen de la proteína quinasa PKR causaba la muerte celular programada o apoptosis. La apoptosis es un programa genético de muerte celular. Presenta características propias: condensación y fragmentación del ADN, de distintos orgánulos y de la membrana plasmática, descomposición de la célula en vesículas (cuerpos apoptóticos) y disgregación nuclear. La apoptosis desempeña una misión importante en diversos aspectos de la vida, que van desde el desarrollo embrionario, hasta el día a día del organismo; elimina células no funcionales, dañinas, peligrosas o simplemente producidas en exceso. La inducción de apoptosis podría ser un mecanismo que ligase la quinasa PKR la capacidad antivírica de la quinasa PKR (sirviendo para librar al individuo de células infectadas por virus) con su acción supresora de tumores (no en vano otros supresores de tumores como p53 también provocan apoptosis). Los resultados obtenidos hasta la fecha sitúan, pues, a la enzima PKR como un mediador destacado de diversos procesos biológicos. Activada por múltiples estímulos, regula la síntesis de proteínas y la transcripción de genes específicos que determinan la pervivencia o muerte celular. Conocer los mecanismos precisos de inducción de apoptosis por la quinasa PKR y otras proteínas puede servir para modular de manera racional los tratamientos efectuados con interferón. La disponibilidad de diferentes tipos de interferones ha posibilitado la realización de una amplia serie de tratamientos clínicos en humanos. En ellos ha quedado patente su eficacia contra enfermedades víricas, tumores y enfermedades neurodegenerativas. Los interferones se han hecho imprescindibles en oncología clínica. Se aplican en leucemias (mielocítica crónica, de célula pilosa), linfoma no Hodgkin, melanoma, sarcoma de Kaposi y papilomas; a ellos se recurre también en enfermedades de origen vírico (hepatitis B y C), y se usan experimentalmente frente a VIH. Sin olvidar su aplicación creciente en enfermedades neurodegenerativas como esclerosis múltiple o esclerosis lateral amiotrófica. Un futuro promisorio Resulta gratificante para quienes trabajan en este campo observar cómo, después de más de 40 años, lo que se alegó era un artefacto, ha resultado ser una realidad que alivia múltiples patologías. El conocimiento del amplio espectro de genes inducidos por los interferones por técnicas de biochips, y el ahondar en las implicaciones funcionales de cada uno de ellos, servirá en un futuro para racionalizar las terapias. Todas estas aplicaciones clínicas se fundarán, como ha ido ocurriendo hasta ahora, en el avance de la ciencia básica. |
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