Cuando la hemoglobina sufre una sola mutación, estos complejos de proteínas se adhieren entre sí y se apilan como bloques de Lego para formar filamentos largos y rígidos. Estos filamentos, a su vez, alargan los glóbulos rojos que se encuentran en la enfermedad de células falciformes. Durante más de 50 años, este ha sido el único ejemplo de libro de texto conocido en el que una mutación hace que se formen tales filamentos.Según el Dr. Emmanuel Levy y su grupo en el Departamento de Biología Estructural del Instituto Weizmann de Ciencia, los ensamblajes tipo Lego deberían haberse formado con relativa frecuencia durante la evolución.¿Este método de ensamblaje podría ser común o incluso fácil de reproducir? Su respuesta, que se publicó recientemente en Naturaleza , puede tener implicaciones tanto para la investigación biológica como para la nanociencia.
La hemoglobina y un buen número de otros complejos de proteínas son simétricos: hechos de unidades idénticas. Y dado que se producen unidades idénticas a partir del mismo gen, cada mutación genética se repite varias veces en el complejo. Mutaciones que crean parches pegajosos y se repiten enLos lados opuestos del complejo pueden inducir a las proteínas a apilarse en largas fibras de proteína. A diferencia de las fibras de proteína de tipo amiloide, los complejos en estas pilas no cambian de forma ni se despliegan para ensamblarse.
La pegajosidad ocurre porque la mutación sustituye un aminoácido que normalmente es hidrófilo - "amante del agua" - por uno que es hidrófobo - "odia el agua". En el ambiente acuoso en el que se mueven las proteínas, las regiones hidrófobasen esas proteínas prefieren interactuar entre sí, como burbujas de espuma en el agua.
En sus experimentos, Levy y su grupo, incluido Héctor García-Seisdedos, Charly Empereur-Mot que ahora se encuentra en el Conservatoire National des Arts et Métiers en París y Nadav Elad del Departamento de Apoyo a la Investigación Química del Instituto Weizmann, comenzaron con unaComplejo proteico ultra-simétrico formado por ocho unidades idénticas. Siguieron una sola regla para mutar las proteínas: cambiar un aminoácido hidrofílico por uno hidrofóbico, "pegajoso".
El equipo inicialmente creó proteínas con tres mutaciones en dos aminoácidos pegajosos diferentes y observó el autoensamblaje similar al de Lego en ambos casos. Investigando más, el equipo experimentó con cada mutación individualmente y descubrió que una era capaz, por sí sola, deproduciendo los filamentos largos.
Entonces, ¿es probable que las mutaciones que solo hacen una cosa, aumentar la adherencia de la superficie de la proteína, induzcan un autoensamblaje similar al de Lego? Los investigadores mutaron 11 proteínas adicionales que se sabe que forman complejos simétricos, creando 73 mutaciones diferentes entodos, y los produjeron en células de levadura de panadería, agregando una "etiqueta" de proteína fluorescente para permitir su visualización. En 30 de estas variaciones, los investigadores observaron un comportamiento que sugería autoensamblaje: alrededor de la mitad de estos se habían apilado en filamentos largos, mientras quela otra mitad se amontonó de una manera más amorfa, formando "focos".
Si los investigadores reprodujeron el fenómeno de los filamentos de células falciformes con tanta facilidad en el laboratorio, ¿por qué no se ve más en la investigación biomédica? Levy propone dos respuestas: en primer lugar, el equipo reveló que las proteínas naturalmente simétricas evolucionaron para tener aminoácidos hidrófilos adicionales.en sus superficies, minimizando así el riesgo de autoensamblaje. En segundo lugar, dice Levy, los investigadores probablemente vean más ensamblajes de Lego de lo que piensan: "Ahora que los investigadores saben que pueden evolucionar tan fácilmente, pueden mirar los focos con más atención y ver muchos másensamblajes similares a Lego biológicamente relevantes ".
"Además", agrega, "los filamentos se producen tan fácilmente en la levadura, podrían ser buenos candidatos para el andamiaje de nanoestructuras. Nuestro estudio fue único en el sentido de que no requirió un diseño computacional complejo, ni tampoco tuvimos que hacerlo.escanear miles de mutaciones para encontrar la que queríamos. Simplemente comenzamos con una estructura existente y encontramos una estrategia simple para inducir el ensamblaje de filamentos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Weizmann . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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