Investigadores de la Universidad Northwestern y la Universidad de Yale han desarrollado una tecnología fácil de usar para ayudar a los científicos a comprender cómo funcionan las proteínas y corregirlas cuando se rompen. Tal conocimiento podría allanar el camino para nuevos medicamentos para una miríada de enfermedades, incluido el cáncer.
El cuerpo humano tiene una forma ingeniosa de activar y desactivar sus proteínas para alterar su función y actividad en las células: fosforilación, la unión reversible de los grupos fosfato a las proteínas. Estas "decoraciones" en las proteínas proporcionan una enorme variedad de funciones y sonesencial para todas las formas de vida.Sin embargo, se sabe poco sobre cómo funciona este proceso dinámico en los humanos.
Usando una cepa especial de E. coli bacterias, los investigadores han creado una tecnología de plataforma de síntesis de proteínas sin células que puede fabricar grandes cantidades de estas fosfoproteínas humanas para el estudio científico. Esto permitirá a los científicos aprender más sobre la función y la estructura de las fosfoproteínas e identificar cuáles están involucradas enenfermedad.
"Esta innovación ayudará a avanzar en la comprensión de la bioquímica y fisiología humana", dijo Michael C. Jewett, un ingeniero bioquímico que dirigió el equipo del Noroeste.
El estudio fue publicado el 9 de septiembre por la revista Comunicaciones de la naturaleza .
Los problemas en el proceso de fosforilación pueden ser un sello distintivo de una enfermedad, como el cáncer, la inflamación y la enfermedad de Alzheimer. Se estima que el proteoma humano el conjunto completo de proteínas expresadas está fosforilado en más de 100,000 sitios únicos, haciendo un estudio de fosforilaciónproteínas y su papel en la enfermedad una tarea desalentadora.
"Nuestra tecnología comienza a hacer de esto un problema manejable", dijo Jewett. "Ahora podemos fabricar estas proteínas especiales con rendimientos sin precedentes, con una libertad de diseño que no es posible en los organismos vivos. La consecuencia de esta estrategia innovadora es enorme"
Jewett, profesor asociado de ingeniería química y biológica en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern, y su equipo trabajó con colegas de Yale dirigidos por Jesse Rinehart. Jewett y Rinehart son co-corresponsales del estudio.
Como biólogo sintético, Jewett utiliza sistemas libres de células para crear nuevas terapias, productos químicos y materiales novedosos para impactar la salud pública y el medio ambiente.
"Este trabajo aborda la cuestión más amplia de cómo podemos reutilizar la maquinaria de síntesis de proteínas de la célula para la biología sintética", dijo Jewett. "Aquí estamos encontrando nuevas formas de aprovechar esta maquinaria para comprender cuestiones biológicas fundamentales, específicamente la fosforilación de proteínas."
Jewett y sus colegas combinaron herramientas de ingeniería genómica de última generación y "partes" biológicas diseñadas en una plataforma de expresión de proteínas "plug-and-play" que no tiene células. Los sistemas sin células activan sistemas biológicos complejos sinusando células vivas intactas, en su lugar se emplean lisados de células crudas, o extractos.
Específicamente, los investigadores prepararon lisados celulares de bacterias recogidas genómicamente que incorporan aminoácidos que no se encuentran en la naturaleza. Esto les permitió aprovechar la maquinaria de ingeniería de la célula y convertirla en una fábrica, capaz de fabricar nuevas clases de proteínas bajo demanda.
"Esta tecnología de fabricación permitirá a los científicos descifrar el 'código' de fosforilación que existe en el proteoma humano", dijo Javin P. Oza, autor principal del estudio y miembro posdoctoral en el laboratorio de Jewett.
Para demostrar su tecnología de plataforma libre de células, los investigadores produjeron una quinasa humana que participa en la proliferación de células tumorales y demostraron que era funcional y activa. La quinasa es una enzima una proteína que actúa como un catalizador que transfiere un grupo fosfatoen una proteína. A través de este proceso, las quinasas activan la función de las proteínas dentro de la célula. Las quinasas están implicadas en muchas enfermedades y, por lo tanto, de particular interés.
"La capacidad de producir quinasas para el estudio debería ser útil para aprender cómo funcionan estas proteínas y para desarrollar nuevos tipos de drogas", dijo Jewett.
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Materiales proporcionados por Universidad del Noroeste . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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