¿Qué son las proteoformas? Comprender la diversidad de proteínas en la proteómica moderna

¿Qué son las proteoformas y por qué son importantes?
¿Cómo se producen y regulan las proteoformas en la célula?
¿Cómo se estudian las proteoformas utilizando la tecnología proteómica?
¿Cuál es la importancia biológica y clínica de la diversidad de proteoformas?
¿Qué desafíos y direcciones futuras existen en la investigación de proteoformas?
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Las proteoformas representan las diferentes formas moleculares de proteínas producidas a partir de un solo gen mediante variación genética, empalme alternativo y modificaciones postraduccionales. Comprender la diversidad de proteoformas revela cómo los estados de conformación y modificación de las proteínas dan forma a la función celular, los procesos patológicos y el descubrimiento de biomarcadores.

Crédito de la imagen: Christoph Bergstedt/Shutterstock.com

¿Qué son las proteoformas y por qué son importantes?

Durante décadas, los científicos asumieron que cada gen producía sólo una proteína estable. Las investigaciones proteómicas modernas sugieren lo contrario. Estudios recientes han demostrado que las proteínas existen en múltiples formas. Los investigadores denominan colectivamente a estas formas «proteoformas». Una proteoforma se refiere a una forma molecular específica de una proteína producida a partir de un único gen que difiere en la secuencia de aminoácidos y/o modificaciones postraduccionales.^1,6

Las proteoformas se diferencian de los genes, las transcripciones y las isoformas de proteínas. Los genes proporcionan el modelo para la síntesis de proteínas, mientras que las transcripciones del ácido ribonucleico mensajero (ARNm) actúan como moléculas intermedias durante la síntesis de proteínas. Las diferencias en las secuencias de aminoácidos dan lugar a isoformas de proteínas. Sin embargo, el término proteoforma es más amplio e incluye todas las formas moleculares distintas de una proteína derivada de un solo gen, incluidas variantes de secuencia, variantes de empalme y modificaciones postraduccionales.²

Estas proteoformas pueden surgir a través de diferentes procesos biológicos. Antes de la traducción, las células pueden producir diferentes transcritos de ARN mediante empalme alternativo. En este proceso, se pueden combinar diferentes segmentos de genes (exones) de diferentes maneras para crear variantes de proteínas. Durante la traducción, el uso de diferentes secuencias de cebadores puede generar variantes con cambios estructurales. Después de la traducción, una molécula de proteína grande puede escindirse en varios fragmentos más pequeños o sufrir una modificación química. Las modificaciones postraduccionales como la fosforilación, glicosilación, ubiquitinación y acetilación pueden alterar significativamente la estructura, localización, estabilidad y actividad biológica de las proteínas.^1,2,3

Los científicos han descubierto alrededor de 20.000 genes codificadores de proteínas en el genoma humano. Curiosamente, las estimaciones de las investigaciones indican que el cuerpo puede contener miles o millones de proteoformas. Las estimaciones sugieren que las células humanas pueden contener entre varios miles y varios millones de proteoformas generadas mediante una combinación de variantes de secuencia, isoformas de empalme y modificaciones postraduccionales.^3,4

Análisis de proteoformas en la plataforma de análisis de proteoma Nautilus.el juego

Crédito del vídeo: NautilusBiotechnology/Youtube.com

¿Cómo se producen y regulan las proteoformas en la célula?

Las células pueden sufrir una variedad de cambios en la transcripción, traducción e incluso modificaciones postraduccionales. Estos cambios pueden dar lugar a múltiples formas de una sola proteína. El empalme alternativo puede alterar los sitios de inicio de la transcripción y cambiar la secuencia de aminoácidos en el extremo N. Estos cambios pueden afectar la localización y función de las proteínas.^3,5

Durante la traducción, procesos como el inicio de la traducción alternativa (ATI), el desplazamiento del marco ribosómico y la lectura completa del codón de terminación pueden modificar la secuencia terminal para extender la longitud de la proteína. Después de la traducción, algunas enzimas pueden escindir la proteína. También se pueden añadir grupos funcionales como grupos fosforilo, acetilo o glicosilo para crear nuevas formas. Estas modificaciones postraduccionales pueden ocurrir individualmente o en conjunto, generando grandes poblaciones de proteoformas estrechamente relacionadas a partir del mismo producto genético.^2,3

Las células pueden aumentar o disminuir las proteoformas bajo estrés. Por ejemplo, durante la hipoxia o el choque térmico, las interacciones entre proteoformas pueden activar mecanismos protectores en las células para mantener la estabilidad de sus membranas. Debido a que las proteoformas integran variación genética, diversidad de transcripción y estados de modificación de proteínas, muchos investigadores las consideran la unidad funcionalmente más relevante del proteoma.^1,7

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¿Cómo se estudian las proteoformas utilizando la tecnología proteómica?

Los científicos identifican proteínas principalmente mediante espectrometría de masas (MS). Para el análisis, utilizan un enfoque ascendente o descendente. En los métodos ascendentes, los investigadores escinden proteínas utilizando enzimas proteolíticas antes del análisis. Esta técnica les permitió cuantificar varias proteínas simultáneamente. Sin embargo, identificar proteoformas estrechamente relacionadas puede resultar difícil, ya que la fragmentación de proteínas puede alterar las conexiones intracelulares. Esta técnica basada en péptidos puede oscurecer la relación entre múltiples modificaciones que ocurren en la misma molécula de proteína intacta.^4-6

En tales casos, los científicos prefieren un enfoque de arriba hacia abajo. Con este método, los investigadores pueden analizar proteínas intactas sin secuenciarlas ni modificarlas. El enfoque de arriba hacia abajo es más preciso pero tiene un rendimiento bajo y sigue siendo un desafío técnico para muestras complejas. La proteómica de arriba hacia abajo permite la caracterización directa de proteoformas intactas y simultáneamente identifica variantes de secuencia y modificaciones postraduccionales dentro de la misma molécula.^4-6

Un desafío particular en la identificación de proteoformas es distinguir formas similares que pueden diferir por una única mutación o una modificación postraduccional menor. Además, las proteoformas no existen de manera uniforme en la naturaleza. Si bien algunas proteoformas pueden estar presentes en abundancia, otras pueden estar presentes en cantidades mínimas. Para abordar estas preocupaciones, los investigadores han comenzado a utilizar plataformas experimentales de alta resolución, como la resonancia ciclotrón de iones por transformada de Fourier (FT-ICR), y técnicas avanzadas de separación de proteínas, como la electroforesis en gel bidimensional-cromatografía líquida-MS (2DE-LC/MS). Estas tecnologías avanzadas mejoran la capacidad de detección de los análisis tradicionales para distinguir entre proteínas estructuralmente similares.^1,4,6

¿Cuál es la importancia biológica y clínica de la diversidad de proteoformas?

Los investigadores rara vez encuentran proteínas en forma única. Diferentes variantes o proteoformas pueden interactuar con los componentes celulares de diferentes maneras. Las células pueden adaptar su actividad en respuesta a señales ambientales mediante interacciones proteoformas. De esta manera, las proteoformas pueden regular la actividad y el comportamiento celular. Un ejemplo popular es la proteína supresora de tumores p53. Los científicos han identificado varias proteoformas de p53. Modificaciones postraduccionales específicas de la proteoforma p53 determinan el destino de una célula. El hecho de que una célula experimente reparación, detención del ciclo celular o apoptosis depende de las proteoformas a las que se une.^1,2,7

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En el cáncer, las variantes de empalme de proteínas específicas del tumor pueden influir en las respuestas al tratamiento. Por ejemplo, la mutación del gen homólogo 2 del oncogén viral de la leucemia eritroblástica v-erb-b2 (ERBB2) puede producir la proteoforma del receptor 2 del factor de crecimiento epidérmico humano (HER2). Estas proteoformas pueden alterar la respuesta de las células al tratamiento del cáncer de mama. De manera similar, los investigadores han descubierto que una variante del antígeno del grupo de diferenciación 19 (CD19) puede conferir resistencia a la terapia de células T basada en el receptor de antígeno quimérico (CAR) en la leucemia linfoblástica aguda.^1,2

El estudio de las proteínas a nivel de proteoformas también puede mejorar la detección de enfermedades. Las pruebas de diagnóstico tradicionales están diseñadas para medir la cantidad total de proteínas en una muestra determinada. Las herramientas proteómicas mejoran aún más esta capacidad al identificar variantes de proteínas específicas que pueden aumentar el riesgo de enfermedad. Por ejemplo, los científicos han descubierto que algunas proteoformas glicosiladas del antígeno prostático específico (PSA) son indicadores más específicos de cáncer de próstata que las concentraciones totales de PSA.^1,2

En enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer, las proteoformas de las proteínas β-amiloide y tau difieren en su neurotoxicidad. De manera similar, en la enfermedad de Parkinson, la alfa-sinucleína existe en diferentes formas. Algunas formas de proteína pueden aumentar la acumulación de α-sinucleína en el cerebro. Estos resultados sugieren que los estados patológicos pueden alterar tanto la estructura como la abundancia de proteoformas en los tejidos vivos. Por lo tanto, el análisis a nivel de proteoformas puede ayudar a identificar nuevos biomarcadores y objetivos terapéuticos. Ejemplos bien conocidos incluyen la hemoglobina glucosilada (HbA1c) para monitorear el control de la glucosa a largo plazo y la hemoglobina S (HbS), que aumenta el riesgo de anemia falciforme.^1,2,7

¿Qué desafíos y direcciones futuras existen en la investigación de proteoformas?

A pesar del rápido progreso, persisten varios desafíos técnicos y analíticos. Una limitación importante es la caracterización de proteínas grandes y altamente modificadas (> 30 a 70 kDa). Se necesitan técnicas de alta resolución, ya que grandes cantidades de variantes pueden enmascarar técnicas de bajo nivel. Además, la superposición de espectros de fragmentación puede complicar la asignación de modificaciones postraduccionales.^1,4

Otro desafío es interpretar conjuntos de datos complejos de EM utilizando herramientas bioinformáticas computacionales. Estas herramientas deberían mejorar la discriminación entre proteoformas verdaderas y artefactos experimentales, al tiempo que controlan la tasa de descubrimientos falsos. También es esencial mejorar la estandarización de las bases de datos, la nomenclatura y las anotaciones de proteoformas para permitir una interpretación coherente entre los estudios y facilitar el intercambio de datos entre investigadores.^1,4

Los avances tecnológicos están haciendo que la investigación de proteoformas sea cada vez más factible. Por ejemplo, la electroforesis capilar y la cromatografía multidimensional están permitiendo a los investigadores investigar las diversas proteoformas de una proteína con mayor precisión. Al mismo tiempo, los investigadores combinan cada vez más la proteómica con la genómica y la transcriptómica. Cuando se aplican juntos, estos métodos pueden caracterizar diferentes aspectos de las proteínas, mejorando nuestra comprensión de cómo las variaciones genéticas dan forma a las firmas proteoformas en los sistemas biológicos. Paralelamente, se están desarrollando herramientas de predicción de estructuras basadas en inteligencia artificial, como AlphaFold 3 y DI-TASSER, para acelerar el descubrimiento de proteoformas y la traducción clínica para hacer realidad la medicina de precisión.^1,4

referencia

1. Fang, Z., Zhang, Y., Feng, X., Li, N., Chen, L. y Zhan, X. (2025). Proteofórmica: estado actual y perspectivas de futuro. Revista de proteómica321, 105524. DOI:10.1016/j.jprot.2025.105524, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1874391925001514
2. Forgrave, LM, Wang, M., Yang, D. y DeMarco, ML (2021). Proteoformas y su papel cada vez mayor en la medicina de laboratorio. Medicina práctica de laboratorio28, e00260. DOI:10.1016/j.plabm.2021.e00260, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352551721000603
3. Smith, LM (2022). Proteoformas y familias de proteoformas: pasado, presente y futuro. Métodos en biología molecular (Clifton, Nueva Jersey)2500, 1. DOI:10.1007/978-1-0716-2325-1_1, https://link.springer.com/protocol/10.1007/978-1-0716-2325-1_1
4. Poe, A. y Eyers, CE (2023). Proteómica de arriba hacia abajo y los desafíos de la verdadera caracterización de proteoformas. Revista de investigación del proteoma22(12), 3663. DOI:10.1021/acs.jproteome.3c00416, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jproteome.3c00416
5. Su, T., Hollas, MA, Fellers, RT y Kelleher, NL (2023). Identificación de variantes e isoformas de empalme en transcriptómica y proteómica. Revisión anual de la ciencia de datos biomédicos6, 357. DOI:10.1146/annurev-biodatasci-020722-044021, https://www.annualreviews.org/content/journals/10.1146/annurev-biodatasci-020722-044021
6. Shaffer, LV y cols. (2019). Identificación y cuantificación de proteoformas mediante espectrometría de masas. proteómica19(10), e1800361. DOI:10.1002/pmic.201800361, https://analyticalsciencejournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pmic.201800361
7. Smith, LM y cols. (2021). El proyecto de proteoforma humana: definición del proteoma humano. Avances de la ciencia7(46), eabk0734. DOI:10.1126/sciadv.abk0734, https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk0734

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Última actualización: 9 de marzo de 2026