El teléfono sonó a las 2:20 a.m. Era principios de octubre de 2012.
Brian Kobilka no se levantó para contestar. El médico y el investigador pensaron que era un número equivocado.
Unos minutos después, el teléfono volvió a sonar.
"Contesté el teléfono y era una mujer con acento sueco, diciéndome que quería que hablara con la presidenta del comité de química", dijo Kobilka. "No era el escenario que habría imaginado para una llamada de broma."
El presidente le dio la noticia. El Comité Nobel eligió a Kobilka y a su mentor, Robert Lefkowitz, M.D., como co-galardonados con el Premio Nobel de Química en 2012.
"De hecho, me envió felicitaciones de un científico sueco que conozco, y nadie habría sabido que debía hacer eso."
En menos de 15 segundos, para Kobilka se hizo real.
"Al principio solo estaba en shock. No tuve mucho tiempo para ser escéptico. Era creíble porque el proceso no salió como esperaba si fuera un engaño."
Kobilka, nacido en 1955, era profesor en la Facultad de Medicina de Stanford cuando recibió la noticia. Ese día fue a trabajar, pero admitió que no hizo mucho.
Tong Sun Kobilka, M.D., y su marido, el Premio Nobel Brian Kobilka, M.D.
Kobilka y Lefkowitz, junto con un gran equipo de colaboradores, describieron la estructura y el funcionamiento de los receptores acoplados a proteínas G (GPCRs). Estos forman parte de una gran familia de proteínas humanas, que son el objetivo de casi la mitad de los fármacos actuales.
Las funciones de nuestro cuerpo requieren una comunicación extensa entre diferentes partes del cuerpo. Esa comunicación ocurre eléctricamente a través de los nervios y, al final de los nervios, la liberación de pequeñas moléculas llamadas neurotransmisores.
El cerebro regula la función cardiovascular a través de una red especial llamada sistema nervioso autónomo. Los neurotransmisores liberados por estas terminaciones nerviosas en el corazón pueden hacer que el corazón acelere o se ralentice. Los neurotransmisores transmiten información a las células musculares del corazón activando GPCRs especiales.
De manera similar, cuando una hormona se libera en la sangre, se distribuye por todo el cuerpo y encontrará un receptor que responde a esa hormona.
"Por ejemplo, si has tomado demasiada insulina, tu azúcar en sangre baja", explicó Kobilka. El páncreas secreta una hormona llamada glucagón, que es reconocida por un GPCR específico en la superficie de las células hepáticas, y el hígado comienza a liberar glucosa. Así, los GPCR transmiten información de hormonas y neurotransmisores desde el exterior de la célula hacia el interior de la célula, típicamente a través de proteínas llamadas proteínas G."
Por lo tanto, un receptor recibe información de una hormona o neurotransmisor que provoca cambios estructurales en el receptor, lo que le permite activar proteínas G, que cambian el comportamiento de la célula.
"Mi contribución fue determinar la estructura tridimensional de estos GPCRs tanto en estado inactivo como activo, y determinar la estructura de un GPCR en complejo con su proteína G", dijo Kobilka.
Ahora los investigadores pueden utilizar métodos computacionales para detectar fármacos para receptores acoplados a proteínas G para los cuales existen estructuras disponibles.
"Desarrollamos estrategias de ingeniería de proteínas para obtener estructuras cristalinas de GPCR", afirmó. "Así que, tras nuestras estructuras cristalinas iniciales, muchos otros han podido cristalizar GPCRs tanto en estados inactivos como activos. Ahora, muchas de estas estructuras están disponibles, y el cribado informático de fármacos es ahora un enfoque muy viable para esta familia de receptores."
Los investigadores han identificado casi 800 GPCRs diferentes, lo que los convierte en una de las familias más grandes de proteínas humanas. Estas proteínas regulan casi todos los procesos corporales, incluyendo el funcionamiento de nuestro cerebro y el latido de nuestro corazón.
Los medicamentos que actúan contra estos receptores incluyen fármacos conocidos como Zyprexa, que los profesionales utilizan para tratar la esquizofrenia; Clarinex, un antihistamínico; y Zantac, que se utiliza para úlceras estomacales y enfermedad por reflujo gastroesofágico.
Los GPCR también están implicados en ciertos tipos de adicciones a las drogas, como la adicción a la morfina y otros opiáceos. De hecho, Kobilka coescribió un estudio en 2016 que utilizó un enfoque basado en la estructura para identificar un nuevo fármaco opioide. En estudios con animales, este fármaco posee cualidades inhibidoras del dolor sin la supresión respiratoria potencialmente letal.
Kobilka, una introvertida confesada, habla suavemente sin el menor atisbo de pretensiones. Proyecta una timidez juvenil. Pero su discurso se acelera cuando habla de su investigación o de su larga lista de colaboradores. Esa es su pasión.
Con unos 1,85 m, es alto y delgado, con complexión de atleta de resistencia. De hecho, ha sido un corredor y ciclista empedernido, llegando a recorrer las montañas de los Pirineos con su hijo durante el Tour de Francia. Hoy en día se conforma con una bicicleta montada en un soporte para entrenamientos en interiores.
La oficina de Kobilka carece de homenajes o muestras de su logro Nobel.
Las paredes de su pequeña oficina incluyen una foto de sus nietos y una pequeña obra de arte enmarcada. Una gran pizarra ocupa gran parte de una pared, parcialmente cubierta con ecuaciones y gráficos con rotuladores de colores. Pero dominando el tablero está un dibujo con rotulador verde realizado por sus nietas, quizás para encubrir el próximo avance del científico. Kobilka no se inmuta – esto en un personaje discreto.
Tiene un recuerdo que cuelga sobre su silla: una camiseta conmemorativa de hockey burdeos de la Universidad de Minnesota-Duluth, firmada alrededor de la banda baja por sus profesores cuando era estudiante allí.
Una mesa rectangular en su despacho sirve como espacio de trabajo para su esposa, Tong Sun, M.D., internista en ejercicio que ayuda a tiempo parcial en el laboratorio. Un asociado se sienta en una oficina exterior.
Kobilka creció en Little Falls, Minnesota, con una población de 7.500 habitantes. Se encuentra junto al río Misisipi.
Sus padres tenían una panadería, y Kobilka y su hermana trabajaron allí desde los 13 años. La experiencia moldeó su personalidad.
La panadería era relativamente grande para un pueblo pequeño, con media docena de empleados a tiempo completo y varios estudiantes de instituto a tiempo parcial. Le daba la oportunidad de observar cómo su padre interactuaba con los demás.
"Vi cómo era capaz de sacar lo mejor de todos a través de interacciones personales que resultaban de apoyo", dijo Kobilka. "Ayudaría económicamente a la gente si lo necesitaran. Solo me enteré de esto después por mi madre. Mi padre era generoso y trataba a los demás con respeto y amabilidad. Si incorporé esos rasgos a mi propia personalidad, los adquirí viendo cómo mi padre gestionaba su panadería."
Kobilka incursionó en investigación como estudiante de biología en Duluth, pero solicitó plaza en facultades de medicina, junto con un par de solicitudes de respaldo para investigación. Finalizó sus estudios en la Facultad de Medicina de Yale para cursar una carrera de medicina.
El choque cultural para el habitante del medio oeste acompañó su traslado a New Haven, Connecticut. El colegio está situado en el centro de la ciudad, donde la delincuencia y la pobreza eran generalizadas. La investigación formaba parte del plan de estudios, y su primer proyecto fue un estudio sobre el dengue en un laboratorio en Malasia.
Él y Tong Sun, a quien conoció en la Universidad de Minnesota, Duluth, se casaron en 1978, tras su primer año en Yale.
Su ayuda para la matrícula bajo el programa del Servicio de Salud Pública le obligó a trabajar en una comunidad médicamente desfavorecida durante tres años tras su formación de residencia tras graduarse. Eso descartó la investigación básica. Kobilka eligió una residencia en medicina interna en St. Louis.
Pero la pérdida de financiación para los programas del Servicio de Salud Pública permitió a Kobilka devolver su beca de medicina trabajando en un hospital académico durante tres años. Eso le dio la oportunidad de explorar la investigación básica.
Se interesó por la medicina de cuidados intensivos, donde los pacientes solían ser inestables. Los pacientes necesitaban intervención urgente, a menudo con medicamentos que actuaban sobre receptores acoplados a proteínas G. Esto incluía receptores adrenérgicos (células nerviosas) y muscarínicos para regular su ritmo cardíaco y presión arterial, junto con receptores opioides para controlar el dolor.
Solicitó y fue aceptado en una beca de cardiología en la Universidad de Duke y tuvo acceso al laboratorio de Robert Lefkowitz. En aquel momento, el laboratorio era conocido por su investigación pionera sobre receptores adrenérgicos. Eso unió las áreas de investigación básica con la medicina cardiovascular y de cuidados intensivos, centrales en los intereses de Kobilka.
Se mudó a un apartamento de dos plantas, con corrientes de aire cerca del laboratorio en Durham, Carolina del Norte, y a menudo iba y venía del laboratorio mientras dejaba el coche familiar para Tong Sun y sus hijos. El viaje de ida y vuelta eran varios kilómetros, dependiendo de su ruta.
Eso fue solo una parte de su transición.
"Al incorporarme al laboratorio de Lefkowitz, me convertí en la persona menos experimentada de un grupo de jóvenes científicos muy talentosos, compuesto principalmente por investigadores postdoctorales y algunos estudiantes de posgrado", escribió. "No estaba familiarizado con ninguna de las técnicas que se usaban y aún no me había familiarizado con la literatura previa al trabajo que se realizaba en el laboratorio Lefkowitz en ese momento. Mis compañeros eran muy amables, pero también muy ocupados con sus propios proyectos y realmente no sabía por dónde empezar."
Pasó tiempo en Merck Laboratories, al norte de Filadelfia, aprendiendo biología molecular con Richard Dixon, donde aprendió a preparar y analizar bibliotecas de ADNc. De regreso a Duke, Kobilka montó un laboratorio de biología molecular dentro del laboratorio de Lefkowitz.
El objetivo inicial era filtrar bibliotecas preparadas por Dixon. Muchos resultados iniciales resultaron ser interacciones inespecíficas con diversas sondas, acompañadas de la euforia y el desánimo típicos de la investigación básica.
El grupo llegó a creer que, tras aproximadamente un año de fallo, los β2ARs (los receptores adrenérgicos β2) estaban presentes en niveles tan bajos en la mayoría de las células que los investigadores podrían no ser capaces de aislar un clon de una biblioteca de ADNc (ADN complementario sintetizado a partir de ARN monocatenario).
Finalmente, grupos de Merck y Duke lograron aislar un clon genómico que contenía la secuencia codificante completa sin intrones: una molécula de ADN o ARN que no codifica proteínas y que interrumpe la secuencia de genes.
Esto llevó a la clonación de varios otros genes receptores adrenérgicos, así como de un receptor huérfano. Ese receptor resultó ser miembro de la familia de receptores de serotonina (neurotransmisores). Los clones iniciales tenían una arquitectura común de siete membranas, igual que la rodopsina, un receptor acoplado a proteínas G especializado en la detección de luz.
Sin embargo, los estudios no mostraron cómo funcionaba el receptor en detalles moleculares. Kobilka empezó a pensar en obtener una estructura cristalina.
Mientras tanto, el profesor Richard Tsien, Ph.D., acaba de mudarse de Yale a la Universidad de Stanford. Estaba formando un nuevo Departamento de Fisiología Molecular y Celular en Palo Alto. Tsien fue un conferenciante y visionario popular durante los días de Kobilka como estudiante de medicina en Yale, y Kobilka ocupó un puesto en el nuevo departamento.
El aumento de los costes de la vivienda y la entrada de Tong Sun en la facultad de medicina obligaron a Kobilka a hacer turnos de 48 horas como médico de urgencias en un hospital cercano un par de veces al mes. Pero como su esposa era estudiante a tiempo completo, también le daba la oportunidad de pasar más tiempo con su hijo e hija como su cuidador principal.
Sin embargo, la medicina de urgencias, con su gratificación instantánea, no parece compartir las mismas recompensas que el lento avance de la investigación básica.
Kobilka no estaba de acuerdo.
"Con la medicina de urgencias o la medicina intensiva, recibes mucho feedback, así que puedes, en poco tiempo, ver el resultado de tu intervención terapéutica", dijo. "Así puedes juzgar y ver cómo los pacientes mejoran."
"En cuanto a la investigación, si haces algo realmente desafiante, no puedes esperar gratificación instantánea, pero cada pequeño avance incremental que haces, como un experimento, puede formar parte de una gran historia. Ese experimento puede ocurrir en un corto periodo y puedes ver que ocurre algo interesante. Y eso te dará una información esencial para avanzar. Así que hay pequeños avances durante un proyecto prolongado que pueden ser emocionantes."
Facultad de Medicina de Stanford
Kobilka se centró en dos preguntas del laboratorio:
Kobilka utilizó ratones knockout para lograr el primer objetivo.
Un ratón knockout es un ratón de laboratorio en el que los investigadores han inactivado, o "eliminado", un gen existente sustituyéndolo o alterándolo con un fragmento artificial de ADN.
Junto con su colega Greg Barsh, creó cepas de ratones knockout para cinco de los nueve genes receptores adrenérgicos, y pudieron asignar sus roles en la función y el comportamiento cardiovascular.
Para lograr el segundo objetivo, tuvo que ser capaz de producir grandes cantidades de proteína receptora.
"Para 1993", dijo, "pudimos expresar y purificar cantidades suficientes de β2AR funcional en células de insectos para comenzar a usar espectroscopía de fluorescencia, una de las técnicas biofísicas más sensibles, para investigar la estructura de los receptores. Marcamos el receptor adrenérgico β2 purificado (β2AR) con pequeñas sondas fluorescentes sensibles al medio ambiente, y la mayoría de las veces las conectamos a una única cisteína reactiva introducida en un dominio específico."
"Usando este enfoque, pudimos observar cambios conformacionales inducidos por ligandos en tiempo real. Estos experimentos de fluorescencia relativamente simples proporcionaron importantes conocimientos sobre el carácter dinámico del β2AR que finalmente guiarían nuestras estrategias para cristalizar el β2AR y el complejo β2AR-Gs."
La estructura cristalina de una proteína proporciona un modelo o plantilla para el bolsillo de unión de la hormona y el neurotransmisor. Un ordenador puede almacenar una biblioteca virtual de compuestos. Los investigadores pueden probar muchos fármacos y moléculas para ver si se unen, y luego el ordenador puede clasificarlos según los que se unen.
Gracias a logros incrementales, el grupo de Kobilka pudo producir suficiente β2AR para iniciar ensayos cristalográficos. El colega de Kobilka en Stanford, el doctor Bill Weis, formado en Harvard, le enseñó cómo organizar los ensayos.
En 2004, tras muchos intentos fallidos, el equipo logró los primeros cristales del β2AR. Kobilka lo calificó como "un hito importante".
Dan Rosenbaum y Søren Rasmussen, ambos investigadores postdoctorales, tenían como objetivo cristalizar el β2AR. Posteriormente obtuvieron un 3,4Å (ångström, cada uno igual a 0,1 nm por unidad) del complejo β2AR-Fab.
"Esta fue nuestra primera visión de la estructura tridimensional del β2AR, pero pronto llegaría una estructura de mayor resolución", dijo Kobilka.
Y así fue, gracias a una colaboración con Scripps.
Estas primeras estructuras β2AR representaban estados inactivos. Sin embargo, el objetivo del equipo era entender cómo la unión de agonistas conduce a la activación de la proteína G.
A través de una intensa colaboración utilizando diversos métodos para estudiar la activación de la proteína G G por el β2AR, Kobilka y sus colegas acumularon los reactivos y la experiencia necesaria para estabilizar y cristalizar el complejo β2AR-Gs.
El equipo publicó la estructura cristalina β2AR-Gs en 2011 junto con dos estudios complementarios para caracterizar los aspectos dinámicos de la molécula.
"Estos estudios combinados proporcionaron conocimientos sin precedentes sobre la señalización de GPCR a nivel molecular", afirmó.
Como la mayoría de los investigadores, Kobilka no vivió ni un solo momento monumental de avance. Era más un proceso, un método de prueba y error.
"Cuando un experimento fallaba, intentábamos averiguar por qué fallaba", dijo. "Porque a menudo aprendes algo de eso. Te ayuda a planificar el próximo experimento."
Una cierta actitud acompaña a la investigación básica, ya que es tan intensiva y lenta de desarrollar.
"Tienes estos objetivos importantes, como identificar nuevos o mejores medicamentos que desafíen enfermedades. Pero los pasos son tan incrementales."
No fue necesariamente el deseo de desarrollar un medicamento mejor lo que motivó a Kobilka.
"Es solo un nivel de curiosidad, que realmente quieres saber cómo funciona algo", dijo. En muchos casos no puedes seguir usando el mismo método una y otra vez. Tienes que estar dispuesto a probar métodos en los que no eres necesariamente un experto. Siempre me ha gustado el hecho de que he tenido que aprender muchos métodos y técnicas nuevos para poder resolver estos problemas."
La espectroscopía fue una de esas disciplinas.
"Esas cosas no se aprenden en la facultad de medicina", dijo. " Así que encuentras colegas que se convierten en colaboradores y que sean lo suficientemente generosos con su tiempo para enseñarte."
El equipo de Kobilka probó una variedad de experimentos para entender cómo los receptores se relacionaban con las proteínas G. Utilizaron espectroscopía de fluorescencia en estado estacionario, que les enseñó cómo intentar estabilizar un receptor para estudios estructurales.
Kobilka utiliza un espectrofluorómetro Fluorolog3/TCSPC (Conteo de Fotones Únicos Correlatos en el Tiempo) en su laboratorio. El instrumento modular puede analizar propiedades moleculares, químicas y electrónicas hasta el nivel nanoscópico.
"Desde el principio de mi etapa en Stanford, he querido aprender cómo son los GPCR en tres dimensiones", dijo. "Nos llevó mucho tiempo producir suficiente proteína para empezar la cristalografía. Pero al principio, pudimos producir suficiente proteína como para empezar a observar lecturas de menor resolución de la estructura de la proteína. Y la fluorescencia era ideal porque no se necesita mucha proteína. Si puedes etiquetar la proteína con un pequeño fluoróforo, puedes aprender cómo cambia la conformación bajo diferentes condiciones."
El equipo dirigió sondas fluorescentes al extremo de un segmento transmembrana que abarca toda la membrana celular. Podrían ver grandes cambios estructurales al pasar, por ejemplo, de antagonista a agonista y luego incluso cambios adicionales al pasar de agonista a agonista más proteína G.
"Al tener ese tipo de información, esos estudios nos enseñaron mucho sobre cómo estas proteínas eran más dinámicas de lo que pensábamos."
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El comité Nobel entrega los Premios Nobel en ceremonias el 10 de diciembre de cada año, aniversario de la muerte de Alfred Nobel.
Kobilka y sus compañeros laureados con el Nobel llegaron a Estocolmo, Suecia, en diciembre de 2012, pocos días antes de la ceremonia de entrega de premios. Una semana de festividades y fiestas en la ciudad complementa el evento.
"Son muy acogedores y te hacen sentir especial", dijo.
Kobilka acompañó a sus compañeros laureados en física, economía, medicina y literatura de 2012. La ciudad los trataba como a celebridades, incluso como a héroes. Sin embargo, a pesar de todos los reconocimientos, su humildad del Medio Oeste sigue ahí.
"Hay mucha suerte en ganar, porque hay tantos científicos merecedores", dijo. "El momento tiene que ser el adecuado. Tienen que perfeccionar la combinación adecuada de personas para compartirlo. Y tuve tantos colegas que contribuyeron a ello."
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