Por primera vez, los científicos han creado, desde cero, una proteína capaz de unirse a una molécula objetivo pequeña. Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington informan el avance en la edición del 12 de septiembre de la revista Naturaleza .
Anteriormente, tales proteínas de unión a moléculas pequeñas se han hecho alterando las proteínas que ya existen en la naturaleza. Ese enfoque limitó significativamente las posibilidades. La capacidad de producir tales proteínas desde cero, o "de novo", abre el camino para que los científicos creenproteínas diferentes a las que se encuentran en la naturaleza. Estas proteínas pueden diseñarse a medida con alta precisión y afinidad para unirse y actuar sobre objetivos específicos de moléculas pequeñas.
Los autores principales del artículo son Jiayi Dou y Anastassia A. Vorobieva, ambos becarios en el laboratorio del autor principal David Baker, profesor de bioquímica en la Facultad de Medicina de la UW y director del Instituto de Diseño de Proteínas de la UW Medicine.Baker también es investigador en el Instituto Médico Howard Hughes.
Según Baker, la técnica debería tener una amplia aplicación en investigación, medicina e industria.
"El diseño exitoso de novo de proteínas personalizadas con actividad de unión de moléculas pequeñas prepara el escenario para la creación de proteínas de unión cada vez más sofisticadas que no tendrán las limitaciones observadas con proteínas que han sido diseñadas al alterar las estructuras de proteínas existentes"él explicó.
Para hacer la proteína, los investigadores tuvieron que lograr otro primero: crear desde cero una proteína en forma de cilindro llamada barril beta. La estructura del barril beta era ideal porque un extremo del cilindro podía diseñarse para estabilizar la proteína,mientras que el otro extremo podría usarse para crear una cavidad que pueda servir como sitio de unión para la molécula objetivo.
Las proteínas están formadas por largas cadenas de aminoácidos. Una vez sintetizadas, estas cadenas se pliegan en formas precisas que permiten que las proteínas realicen sus funciones. Las formas que asumen estas cadenas son típicamente increíblemente complicadas, pero a menudo ocurren dos características regulares: alfa-hélices, que se forman cuando la cadena de secciones se enrolla alrededor de un eje central y estructuras en forma de láminas, llamadas láminas beta.
Las láminas beta se forman cuando dos o más secciones de diferentes partes de la cadena de aminoácidos, debido al plegado, se ejecutan una al lado de la otra en un espacio tridimensional. Estas secciones se "unen" mediante enlaces de hidrógeno, creando una láminasimilar a la estructura. Estas láminas beta, a su vez, pueden ensamblarse en estructuras similares a barriles, llamadas barriles beta. En la naturaleza, las proteínas de los barriles beta se unen a una amplia gama de moléculas pequeñas.
Para diseñar la nueva proteína, Dou y Vorobieva utilizaron una plataforma de software, desarrollada en el laboratorio Baker, llamada Rosetta. Puede predecir qué forma asumirá una cadena particular de aminoácidos después de la síntesis y puede decir cómo cambian los aminoácidos individuales a lo largo della cadena puede alterar esa forma. Este poder predictivo hace posible probar diferentes combinaciones de aminoácidos para diseñar una proteína con la forma y función deseadas.
Para crear la cavidad, los investigadores utilizaron un nuevo y poderoso algoritmo de acoplamiento, llamado "Rotamer Interaction Field" RIF, desarrollado por William Sheffler, un investigador científico senior en el laboratorio Baker. RIF identifica rápidamente todas las estructuras potenciales de cavidades que cumplenLos requisitos previos para la unión de moléculas específicas.
Equipado con los nuevos métodos de acoplamiento RIF, Dou, Vorobieva y Sheffler diseñaron los barriles beta para unir un compuesto llamado DFHBI, un componente similar al que se encuentra dentro de la proteína verde fluorescente, que fluoresce cuando se expone a ciertas frecuencias de luz. Verde fluorescenteLa proteína se usa habitualmente en la investigación biológica para localizar moléculas y estructuras dentro de los organismos vivos y para rastrear su movimiento.
En su artículo, el investigador demuestra que su proteína diseñada a medida se unió y activó con avidez el compuesto DFHBI.
"Funcionó en células bacterianas, de levadura y de mamífero", dijo Dou, "y tener la mitad del tamaño de la proteína verde fluorescente debería ser muy útil para los investigadores".
Baker dijo que el enfoque permitirá a los investigadores explorar un conjunto efectivamente ilimitado de estructuras principales con formas personalizadas para unir la molécula de interés.
"Igualmente importante", agregó, "avanza en gran medida nuestra comprensión de los determinantes del plegamiento y unión de proteínas más allá de lo que hemos aprendido al describir las estructuras de proteínas existentes".
Parte del estudio tuvo lugar en The Advanced Light Source en Berkeley Lab, una instalación para usuarios del Departamento de Energía.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de la Salud de Washington / Medicina de la Universidad de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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