Protein membran sangat penting untuk berbagai proses biologis dan mewakili sebagian besar target obat, sehingga penelitiannya menjadi sangat penting. Namun, menganalisis protein ini secara historis sulit dilakukan. Para peneliti di Institut Ilmu Fisika Hefei, yang dipimpin oleh Wang Junfeng, telah menerbitkan studi baru di Kimia Analitik yang merinci solusi menjanjikan yang secara signifikan meningkatkan keandalan analisis resonansi plasmon permukaan (SPR) pada protein membran.
Mengapa Protein Membran Sulit Dipelajari
Sekitar sepertiga dari seluruh protein manusia adalah protein membran, dan mereka terlibat dalam fungsi penting seperti sinyal dan transportasi seluler. Hampir 60% protein yang menjadi target obat adalah protein membran. Hal ini menyoroti peran kuncinya dalam kesehatan dan penyakit, dan oleh karena itu menggarisbawahi perlunya penelitian yang akurat.
Memahami bagaimana protein ini berinteraksi dengan molekul lain—sebuah proses yang disebut pengikatan—sangat penting untuk mengembangkan pengobatan yang efektif. Sebuah teknik yang disebut resonansi plasmon permukaan (SPR) menyediakan alat yang berharga untuk melakukan hal tersebut.
SPR dianggap sebagai “standar emas” di lapangan karena memungkinkan para ilmuwan memantau interaksi ini secara real-time tanpa harus memberi label kimia pada protein. Namun, tantangan terbesarnya adalah menemukan cara yang dapat diandalkan untuk melumpuhkan—atau menempelkan—protein membran ke chip sensor SPR sambil mempertahankan struktur dan fungsi alaminya. Jika bentuk atau perilaku protein berubah selama perlekatan, hasil analisis tidak dapat diandalkan.
Pendekatan Baru: Nanodisk dan SpyTag-SpyCatcher
Untuk mengatasi tantangan ini, tim peneliti mengembangkan metode imobilisasi baru. Mereka menggabungkan dua teknologi yang sudah ada—sistem konjugasi kovalen SpyCatcher-SpyTag dan nanodisk berbasis protein scaffold membran (MSP)—untuk menciptakan proses yang sederhana, efisien, dan stabil.
Berikut rincian prosesnya:
- Membuat Nanodisk: Tim merekayasa protein fusi yang menggabungkan MSP dengan molekul SpyTag. Protein rekayasa ini kemudian digunakan untuk memasukkan protein membran target ke dalam nanodisk. Nanodisk adalah struktur lipid buatan kecil yang meniru lingkungan tempat protein membran biasanya berada di dalam membran sel.
- Lampiran Khusus: Nanodisk ini memiliki label SpyTag. Para peneliti kemudian melakukan pra-imobilisasi protein SpyCatcher—yang memiliki afinitas kuat terhadap SpyTag—pada chip sensor CM5 standar menggunakan proses penggandengan kimia konvensional.
- Imobilisasi Stabil: Desain ini memungkinkan nanodisk, yang membawa protein membran, ditangkap secara spesifik dan efisien oleh protein SpyCatcher. Hasilnya adalah imobilisasi protein membran yang kuat dan stabil dalam lingkungan lipid yang mendekati aslinya—yang pada dasarnya meniru lingkungan alami protein tersebut.
Mendemonstrasikan Efektivitas Metode
Untuk menunjukkan kemampuan metode ini, tim peneliti melakukan analisis SPR terhadap tiga jenis interaksi protein membran:
- Interaksi protein-lipid
- Interaksi protein-antibodi transmembran
- Interaksi protein-molekul kecil transmembran
Hasilnya secara konsisten menghasilkan data SPR berkualitas tinggi, memungkinkan kuantifikasi kinetika pengikatan yang tepat—seberapa cepat interaksi terjadi—dan afinitas—seberapa kuat protein berikatan satu sama lain.
Signifikansi dan Potensi Masa Depan
Pendekatan inovatif ini secara efektif mengatasi keterbatasan teknologi SPR yang sudah berlangsung lama ketika mempelajari protein membran. Dengan menyediakan metode imobilisasi yang andal, penelitian ini memiliki potensi signifikan untuk mempercepat penelitian protein membran dan upaya penemuan obat. Teknik ini harus mengarah pada pemahaman yang lebih baik tentang peran kompleks protein membran dan mengarah pada pengembangan terapi yang lebih baik dan lebih tepat sasaran.
