Membránové proteiny hrají důležitou roli v různých biologických procesech a představují významnou část cílů léčiv, takže jejich studium je extrémně důležité. Analýza těchto proteinů však byla historicky náročná. Výzkumníci z Hefei Institute of Surface Physics pod vedením Wanga Junfenga publikovali v časopise Analytical Chemistry novou studii, která popisuje slibné řešení, které výrazně zlepšuje spolehlivost analýzy membránových proteinů pomocí povrchové plasmonové rezonance (SPR).
Proč je studium membránových proteinů obtížné
Asi třetina všech lidských proteinů jsou membránové proteiny a podílejí se na kritických funkcích, jako je buněčná signalizace a transport. Téměř 60 % proteinů, které jsou cílovými léky, jsou membránové proteiny. To zdůrazňuje jejich klíčovou roli ve zdraví a nemoci, a proto zdůrazňuje potřebu přesné studie.
Pochopení toho, jak tyto proteiny interagují s jinými molekulami – proces zvaný vazba – je rozhodující pro vývoj účinné léčby. Technika zvaná povrchová plazmonová rezonance (SPR) k tomu poskytuje cenný nástroj.
SPR je považován za „zlatý standard“ v této oblasti, protože umožňuje vědcům sledovat tyto interakce v reálném čase bez nutnosti chemického značení proteinů. Hlavním úkolem je však najít spolehlivé způsoby, jak imobilizovat – tedy připojit – membránové proteiny k SPR senzorovému čipu při zachování jejich přirozené struktury a funkce. Pokud se tvar nebo chování proteinu během připojení změní, stanou se výsledky testu nespolehlivé.
Nový přístup: nanodisky a systém SpyTag-SpyCatcher
K překonání tohoto problému výzkumný tým vyvinul novou imobilizační metodu. Spojili dvě zavedené technologie – systém kovalentní konjugace SpyCatcher-SpyTag a nanodisky s proteinem membránového scaffoldu (MSP), aby vytvořily jednoduchý, účinný a stabilní proces.
Zde je rozpis procesu:
- Vytváření nanodisků: Tým vyvinul fúzní protein, který kombinuje MSP s molekulou SpyTag. Tento upravený protein byl poté použit k začlenění cílového membránového proteinu do nanodisků. Nanodisky jsou drobné umělé lipidové struktury, které napodobují prostředí, které membránové proteiny obvykle nacházejí uvnitř buněčných membrán.
- Specifická příloha: Tyto nanodisky nesou SpyTag. Výzkumníci poté preimobilizovali proteiny SpyCatcher – které mají vysokou afinitu ke SpyTag – na standardním senzorovém čipu CM5 pomocí konvenčního chemického spojovacího procesu.
- Stabilní imobilizace: Tento design umožňuje, aby byly nanodisky nesoucí membránový protein specificky a účinně zachyceny proteiny SpyCatcher. Výsledkem je silná a stabilní imobilizace membránového proteinu v prostředí blízkém přirozenému lipidovému prostředí – ve skutečnosti simulující přirozené prostředí proteinu.
Ukázka účinnosti metody
Aby výzkumný tým demonstroval schopnosti metody, provedl SPR analýzu tří různých typů interakcí membránových proteinů:
- Interakce protein-lipid
- Interakce transmembránového proteinu s protilátkou
- Interakce mezi transmembránovým proteinem a malou molekulou
Výsledky konzistentně produkovaly vysoce kvalitní data SPR, umožňující přesnou kvantifikaci vazebné kinetiky – tedy toho, jak rychle dochází k interakcím – a afinity – tedy toho, jak silně se k sobě proteiny vážou.
Význam a budoucí potenciál
Tento inovativní přístup účinně řeší dlouhodobá omezení technologie SPR při studiu membránových proteinů. Poskytnutím spolehlivé imobilizační metody má tento výzkum významný potenciál urychlit jak výzkum membránových proteinů, tak vývoj léků. Tato technika by měla vést k lepšímu pochopení komplexní role membránových proteinů a vést k vývoji účinnějších a cílenějších léčebných postupů.
