La cantidad de proteínas en el cuerpo humano, conocidas colectivamente como proteoma, es enorme. En algún lugar entre 80.000 y 400.000 proteínas circulan en nuestras células, tejidos y órganos, llevando a cabo una amplia gama de funciones esenciales para la vida. Cuando las proteínas fallan, son responsables de una gran cantidad de enfermedades graves.
Ahora, los investigadores del Biodesign Center for Applied Structural Discovery y la Facultad de Ciencias Moleculares de la ASU, junto con sus colegas, investigan una clase de proteínas de importancia crítica, que adornan las membranas externas de las células. Estas proteínas de membrana a menudo actúan como receptores para la uniónmoléculas, iniciando señales que pueden alterar el comportamiento celular de diversas formas.
En el nuevo estudio se describe un nuevo enfoque para adquirir datos estructurales de proteínas de membrana con detalles asombrosos. Se utilizan métodos de microscopía electrónica criogénica o crio-EM, un conjunto innovador de herramientas. Además, se utiliza el llamado LCPLa cristalización y la difracción de electrones de microcristales MicroED ayudan a revelar detalles estructurales de proteínas que han sido en gran parte inaccesibles a través de enfoques convencionales como la cristalografía de rayos X.
Los hallazgos describen el primer uso de microcristales embebidos en LCP para revelar detalles estructurales de proteínas de alta resolución utilizando MicroED. La nueva investigación adorna la portada del número actual de la revista Cell Press Estructura .
"LCP fue un gran éxito en la cristalización de proteínas de membrana, según Wei Liu, autor correspondiente del nuevo estudio." La nueva aplicación extensa de LCP-MicroED ofrece la promesa de enfoques mejorados para la determinación estructural de proteínas dianas desafiantes.Los planos se pueden utilizar para facilitar el diseño de nuevos fármacos terapéuticos a partir de conocimientos más precisos ".
Una clase de proteínas de membrana de particular interés son los receptores acoplados a proteína G GPCR, que forman el grupo más grande y variado de receptores de membrana que se encuentran en los organismos eucariotas, incluidos los humanos.
Las actividades fisiológicas de los GPCR son tan importantes que son un objetivo importante para una amplia gama de medicamentos terapéuticos. Sin embargo, aquí es donde surgen problemas, como determinar la estructura detallada de las proteínas de membrana, un precursor esencial para el diseño preciso de un medicamento.a menudo plantea enormes desafíos.
La técnica de cristalografía de rayos X se ha utilizado para investigar las estructuras a escala atómica e incluso el comportamiento dinámico de muchas proteínas. Aquí, muestras cristalizadas de la proteína en estudio se golpean con un haz de rayos X, lo que provoca patrones de difracción, queaparecen en una pantalla. El ensamblaje de miles de instantáneas de difracción permite ensamblar una imagen estructural 3D de alta resolución con la ayuda de computadoras.
Sin embargo, muchas proteínas de membrana, incluidos los GPCR, no forman cristales grandes y bien ordenados apropiados para la cristalografía de rayos X. Además, estas proteínas son delicadas y se dañan fácilmente con la radiación X. Para solucionar el problema se ha requerido el uso dedispositivos especiales conocidos como láseres de electrones libres de rayos X o XFELS, que pueden entregar una brillante ráfaga de luz de rayos X que dura solo femtosegundos un femtosegundo es igual a una cuadrillonésima de segundo o aproximadamente el tiempo que tarda un rayo de luz en atravesarel diámetro de un virus. La técnica de cristalografía de rayos X de femtosegundos en serie permite a los investigadores obtener una imagen de refracción antes de que se destruya la muestra cristalizada.
Sin embargo, la cristalización de muchas proteínas de membrana sigue siendo un arte extremadamente difícil e impreciso y solo un puñado de estas gigantescas máquinas XFEL existen en el mundo.
Ingrese a la microscopía electrónica criogénica y MicroED. Esta técnica innovadora consiste en congelar rápidamente cristales de proteínas en una capa delgada de hielo y luego someterlos a un haz de electrones. Como en el caso de la cristalografía de rayos X, el método utiliza difracciónpatrones, esta vez de electrones en lugar de rayos X, para ensamblar estructuras detalladas finales.
MicroED se destaca en la recopilación de datos de cristales demasiado pequeños e irregulares para ser utilizados en cristalografía de rayos X convencional. En el nuevo estudio, los investigadores utilizaron dos técnicas avanzadas en tándem para producir imágenes de difracción de alta resolución de dos importantes proteínas modelo:Proteinasa K y el receptor de adenosina A2A, cuyas funciones incluyen la modulación de neurotransmisores en el cerebro, vasodilatación cardíaca y respuesta inmune de las células T.
Las proteínas se incrustaron en un tipo especial de cristal conocido como fase cúbica lipídica o cristal LCP, que imita el entorno nativo en el que se encuentran tales proteínas de forma natural. Las muestras de LCP se sometieron luego a microscopía electrónica, utilizando el método MicroED, que permitela formación de imágenes de cristales de tamaño submicrónico extremadamente delgados. Además, la rotación continua de los cristales de LCP bajo el microscopio electrónico permite adquirir múltiples patrones de difracción a partir de un solo cristal con una dosis de electrones extremadamente baja y sin daños.
La capacidad de examinar proteínas que solo pueden formar microcristales o nanocristales abre la puerta a la determinación estructural de muchas proteínas de membrana de vital importancia que han eludido los medios convencionales de investigación, en particular los GPCR.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Arizona . Original escrito por Richard Harth. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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