Las proteínas incluidas en la membrana son una parte esencial de las células y cualquier forma de vida. No solo existen en muchas variedades diferentes, sino que también desempeñan una amplia gama de funciones, que van desde la comunicación intracelular y el transporte de sustancias dentro o fuera de lacélula a la mediación de la respuesta inmune. Las proteínas de membrana se consideran estructuras diana terapéuticas y diagnósticas importantes. Si se conoce su estructura y funciones, los investigadores farmacéuticos pueden desarrollar sustancias activas que influyan en estas funciones de manera específica
Hasta ahora, sin embargo, dilucidar la estructura de las proteínas de membrana ha sido muy difícil, ya que primero requiere que los investigadores aíslen grandes cantidades de estas moléculas y formen cristales a partir de ellas. En eso radica la dificultad: las proteínas de membrana son insolubles en agua y a menudo demasiado grandesy heterogéneo para ser cristalizado usando los métodos estándar.
Ahora, el grupo dirigido por Raffaele Mezzenga, profesor de materiales blandos en ETH Zurich, está trabajando para eliminar esta restricción. En una publicación en la revista Comunicaciones de la naturaleza , el grupo presenta un método general, que se puede utilizar para cristalizar proteínas de membrana de cualquier tipo o tamaño.
mezcla de lípidos y agua como cámara de reacción
La base para el nuevo método se sentó en la década de 1990 con el método llamado "en meso cristalización": las proteínas se aíslan y se concentran utilizando mezclas estables de agua y lípidos conocidas como mesofases lipídicas. En mesofases de este tipo, un autoensamblajeEl proceso conduce a una red tridimensional de canales de agua doblados cuyas paredes están formadas por lípidos, como en una biomembrana. Estos canales de agua suelen tener un diámetro de 3-4 nanómetros, y el motivo cúbico básico de la red se repite a intervalos regulares.
En canales de este tipo, las proteínas de membrana se incrustan en las paredes utilizando la parte hidrofóbica que de otro modo se encuentra en la membrana celular. El resto de la proteína termina en el interior del canal de agua, y las proteínas, una vez reconstituidas correctamente, puedenluego comienzan a cristalizar. Es precisamente porque los canales ofrecen tan poco espacio que en el pasado, solo las proteínas de membrana pequeñas podían cristalizarse: las proteínas grandes se aplastaron y no formaron cristales.
Canales expandidos usando lípidos cargados
Los investigadores de ETH ahora han usado un truco para expandir los canales: mezclaron una pequeña proporción de lípidos cargados eléctricamente con los lípidos. Estos se repelen entre sí y así inflan los canales, aumentando su diámetro a 20 nanómetros. Aunque los primeros intentosLos canales de agua que se hinchan electrostáticamente en las mesofases lipídicas se remontan a principios de la década de 2000 y han continuado de manera constante hasta hace poco, esta es la primera evolución demostrada de esta estrategia hacia una metodología de importancia general.
Gracias a estas mesofases lipídicas inflamadas, de hecho, Mezzenga y sus colegas lograron cristalizar proteínas de membrana grandes y luego dilucidar su estructura.
Los investigadores de ETH practicaron en la proteína de membrana llamada GLIC canal iónico dependiente del ligando Gloeobacter, que proviene de bacterias. GLIC tiene varias subunidades grandes que se encuentran fuera de la membrana bacteriana en la parte externa de la célula. En el pasado, se utilizó un método diferente para cristalizar este complejo ya que estos dominios eran demasiado grandes. "Nuestro procedimiento no solo mejoró la cristalización, sino que también produjo cristales extremadamente compactos que pertenecen a un nuevo grupo cristalográfico para esta proteína", dice Mezzenga.Los investigadores pudieron cristalizar esta proteína del canal en su configuración cerrada por primera vez. Hasta ahora, los investigadores solo podían cristalizar el complejo en su estado abierto utilizando un método diferente.
Impulso esperado para aclaración estructural
Es probable que el nuevo método "generalizado en meso" sea de gran interés para los biólogos estructurales en particular, que hasta ahora han luchado por dilucidar la estructura de las proteínas de membrana grande ". Esta herramienta dará un nuevo impulso a la elucidación estructural, ya queabre proteínas que anteriormente estaban fuera del alcance ", dice Mezzenga.
En la actualidad, los científicos conocen la estructura exacta de solo 360 proteínas de membrana pequeñas, o aproximadamente una séptima parte de todas las proteínas de membrana. Se desconoce la estructura de las muchas proteínas de membrana restantes.
Según Mezzenga, la investigación también puede ser beneficiosa para la industria farmacéutica. "La capacidad de determinar la estructura es de suma importancia para el desarrollo de nuevos medicamentos", dice. "Este método lo hará considerablemente más fácil y proporcionará nuevosímpetu en el campo "
Fin exitoso de un proyecto largo
El desarrollo no está cubierto por una patente. "Publicamos el documento a propósito en una revista de acceso abierto, para que todos los investigadores interesados tengan acceso ilimitado a él", dice Mezzenga, quien ha invertido más de tres años de trabajo en este proyectoComenzó los experimentos iniciales en 2015 y luego continuó en 2016 durante un año sabático en la Universidad RMIT en Melbourne; se realizaron más experimentos, como la aclaración estructural de GLIC, utilizando la fuente de luz sincrotrónica en el Instituto Paul Scherrer PSI en2017.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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