O nouă tehnică de analiză a proteinelor oferă informații inedite despre scramblaze

O nouă tehnică de analiză a proteinelor oferă informații inedite despre scramblaze

O nouă tehnică de analiză a proteinelor la nivel individual oferă cercetătorilor capacități fără precedent de a studia proteinele cunoscute sub numele de scramblaze, care joacă roluri esențiale în biologie.

Dezvoltarea acestei tehnici a fost realizată într-un studiu condus de cercetători de la Weill Cornell Medicine și Universitatea Ruhr Bochum din Germania. Această inovație extinde instrumentele disponibile pentru biologi celulari și biofizicieni și ar putea fi utilizată în viitor pentru a dezvolta strategii noi împotriva mai multor boli.

Scramblazele funcționează în cadrul membranelor celulare, reorganizând moleculele legate de grăsimi, cunoscute sub denumirea de lipide, care compun aceste membrane. Disruptarea organizației stratificate obișnuite a membranei este esențială pentru numeroase procese biologice importante. Studiul, publicat pe 15 iunie în Nature Structural & Molecular Biology, prezintă o tehnică bazată pe imagistica fluorescentă – prima de acest fel – pentru a măsura ratele de activitate ale proteinelor scramblaze individuale.

„Sunt entuziasmat de această nouă platformă, deoarece este versatilă și oferă informații fără precedent despre exact cât de repede funcționează un singur scramblase”, a declarat Dr. Anant Menon.

Coautor al studiului, Dr. Thomas Günther-Pomorski, și Dr. Sarina Veit, autor principal și asociat postdoctoral în laboratorul Pomorski, au contribuit la această cercetare. Scramblazele sunt omniprezente în biologie, având roluri în asamblarea membranelor celulare, modificarea proteinelor cu zaharuri, supraviețuirea celulară, dezvoltarea musculară și traficul molecular. În principiu, capacitatea de a modula activitatea anumitor scramblaze, de exemplu prin intermediul unui medicament, ar putea fi utilă în diverse aplicații clinice.

Studiile asupra modului în care funcționează scramblazele au fost limitate, deoarece cercetătorii au purificat de obicei proteinele scramblaze, plasându-le în mici sfere lipidice asemănătoare membranei celulare, numite vezicule, și apoi înregistrând și măsurând activitatea mai multor scramblaze. Această abordare de „analiză ensemblă” sau „analiză bulk”, dezvoltată de laboratorul Menon și acum utilizată pe scară largă, nu poate măsura precis rata de transport a unui singur scramblase și nu reușește să surprindă diferențele semnificative între proteinele scramblaze individuale, diferențe care ar putea oferi o înțelegere mai bună a modului în care funcționează aceste proteine și cum devin disfuncționale.

În acest studiu, cercetătorii au incorporat scramblaze etichetate fluorescent în vezicule, apoi au imaginat veziculele după ce le-au depus pe un slide de sticlă. Folosind metode sofisticate de microscopie și analiză, au identificat vezicule care conțineau doar un singur scramblase și au măsurat rata de scrambling în aceste cazuri.

În prima fază, echipa a evaluat o proteină scramblase numită VDAC1, cunoscută cel mai bine ca proteină canal în membranele care înconjoară mitocondriile – reactorii care ajută la producerea moleculelor de combustibil chimic în celule. Recent, laboratorul Menon a descoperit că VDAC1 are și rol de scramblase. Două copii ale VDAC trebuie să se asocieze pentru a oferi o cale pentru mișcarea lipidică, iar analiza cercetătorilor a arătat că aceste perechi (dimere) au o gamă largă de rate de scrambling, de la mai puțin de 100 la mai mult de 1.000 de lipide pe secundă.

„Aceste constatări indică faptul că doar anumite conformații ale dimerele sunt capabile de scrambling rapid, validând direct predicțiile din simulările pe computer”, a spus Dr. Menon.

Echipa a demonstrat versatilitatea abordării lor utilizând-o pentru a măsura scramblingul lipidic de către opsina, un receptor de membrană celulară implicat în detectarea luminii în ochi, dar care, așa cum au arătat Dr. Menon și colegii săi, „își schimbă rolul” devenind o scramblase. Constatarea a relevat că opsinul individual scramblează lipide mai repede decât dimerele VDAC, atingând rate de peste 10.000 de lipide pe secundă.

Cercetătorii își imaginează utilizarea acestei noi platforme pentru a studia, de exemplu, modul în care funcția scramblasei este afectată de schimbările în compoziția lipidică a membranei celulare sau de diferite molecule medicamentoase. De asemenea, speră să combine studiile lor funcționale asupra scramblazelor cu imagistica de înaltă rezoluție, pentru a revela cum formele scramblazelor se corelează cu ratele lor de activitate. Echipa are, de asemenea, planuri de a utiliza noua platformă pentru a studia alte proteine care mută lipide, cum ar fi flippasele și floppasele.