Las proteínas de membranas integrales (IMPs) son muy importantes en la biología celular dado que poseen diferentes roles y de hecho, son destinos comunes en el desarrollo de varios agentes terapéuticos. Normalmente, estas proteínas incluyen transportadores, receptores, enzimas y proteínas de adhesión celular. Las IMPs comprenden un gran número de proteínas codificadas por el genoma humano. Se estima que se codifican alrededor del 20 y el 30% de todos los marcos de lectura abiertos para las IMPs y es, que entender la estructura de esas proteínas resulta fundamental para comprender sus funciones.

Dichas proteínas se unen a la membrana de manera constante y pueden separarse de ella sólo mediante el uso de detergentes, solventes no polares o, en casos determinados, por medio de agentes desnaturalizantes. El problema principal reside en que muchas IMPs tienden a desnaturalizarse si se solubilizan con estos detergentes. La consecuencia de esta manipulación hace extremadamente difícil llevar a cabo estudios funcionales, espectroscopias o pruebas de cristalización en las IMPs y por esta razón, la elección de los detergentes pasa a ser un factor clave.

Se han utilizado diferentes estrategias para solubilizar, estabilizar y producir cristales de alta calidad para los análisis de difracción como lo es el desarrollo de varios anfifilos específicos para las IMPs, es decir, compuestos que se caracterizan tanto por sus propiedades hidrofilicas como sus propiedades lipofilicas. A modo de ejemplo, se han evaluado péptidos detergentes, lipéptidos detergentes y péptidos tensoactivos cortos sin la obtención de resultados significativos. En consecuencia, se utilizaron otros nanodiscos que son bicapas lipídicas discoidales cuyo borde se estabiliza mediante las proteínas amfipáticas, pero ninguno de ellos se diseñó exclusivamente para extraer IMPs de las membranas.

Samuel Gellman y sus colegas de la Universidad de Wisconsin-Madison (EEUU) han intentado diseñar anfifilos alternativos con un carbono cuaternario central derivado del neopentil glicol. Los científicos han denominado a estos compuestos como anfifilos neopentil glicol – maltosa (MNG) dado que los grupos hidrofílicos provinieron de la maltosa.

Los investigadores han desarrollado tres MNGs con prometedores comportamientos denominados MNG-1, MNG-2 y MNG-3. La arquitectura de estos anfifilos MNG presenta dos unidades de maltosa en la parte hidrofílica y dos cadenas de n-decil en la parte lipofilica.

Además, han evaluado el desempeño de los anfifilos MNG comparado con los detergentes convencionales al utilizar diversas proteínas de membranas en diferentes aplicaciones. Se ha analizado también la estabilidad termal de las IMPs luego de la solubilización con los anfifilos MNG, la capacidad de estos compuestos para extraer IMPs de su membrana biológica y la capacidad de los anfifilos MNG para preservar su estructura proteica a fin de producir cristales de alta calidad.

Por ejemplo, han estudiado la estabilidad termal de la proteína de fusión de la lisozima del receptor-T4 adrenérgico humano β2 luego de la solubilización con anfifilos MNG o detergentes comunes y se ha demostrado que los tres anfifilos MNG eran superiores a los detergentes clásicos en los efectos de estabilidad termal.

Además, los investigadores han demostrado que dichos anfifilos MNG son útiles para la solubilización y la estabilización de las proteínas de membrana. Utilizaron un superensamblaje de proteínas fotosintéticas obtenido de las membranas bacteriales para mostrar que los detergentes MNG tenían la capacidad de extraer el superensamblaje intacto de la membrana nativa a diferencia de otros detergentes convencionales que tuvieron mucho menos éxito. Además, los anfifilos MNG proporcionaron una estabilidad estructural superior de las IMPs luego de la solubilización.

Una de las metas más importantes de la investigación de la proteína de membrana consiste en obtener cristales de alta calidad para comprender mejor las estructuras proteicas y sus funciones. Hasta el momento, se han determinado las estructuras de muy pocas y diferentes proteínas de membrana integrales por medio de la cristalografía por rayos X dado que la extracción y la cristalinización son bastante dificultosas. Por dicha razón, los investigadores han estudiado la cristalinización del complejo del citocromo b6 f de Chlamydomonas reinhardtii utilizando el MNG-3. Habitualmente, dicha proteína tiende a desnaturalizarse con detergentes convencionales. Se ha observado que el MNG-3 ha proporcionado a la proteína la misma estabilidad que la brindada por el DDM (n-dodecil- ß-maltoside) que es otro detergente que fue diseñado para la utilización la cristalografía y el aislamiento de proteínas de membranas. Lo más importante es que los investigadores han demostrado que el MNG-3 fue tolerado en altas concentraciones comparado con el DDM y este aspecto proporciona un margen de concentración más amplio en el cual se examina la cristalinización de la proteína.

Deberían realizarse otros estudios sobre estos detergentes para clarificar mejor sus propiedades. Por ejemplo, sería interesante evaluar los tamaños de las partículas que poseen carga eléctrica y están formadas por los anfifilos MNG y también ver como los cambios en la estructura de los anfifilos podría afectar el tamaño de dichas partículas.

A modo de conclusión, podría decirse que este grupo ha demostrado que los anfifilos MNG son herramientas prometedoras para los estudios bioquímicos de las proteínas de membrana. Otro punto importante es que los anfifilos MNG pueden ser sintetizados fácilmente a gran escala (cantidades multi-gramo).