Le proteine di membrana sono essenziali per un’ampia gamma di processi biologici e rappresentano una parte significativa dei bersagli farmacologici, rendendo il loro studio incredibilmente importante. Tuttavia, l’analisi di queste proteine è stata storicamente difficile. I ricercatori dell’Hefei Institutes of Physical Science, guidati da Wang Junfeng, hanno pubblicato un nuovo studio su Analytical Chemistry descrivendo in dettaglio una soluzione promettente che migliora significativamente l’affidabilità dell’analisi della risonanza plasmonica superficiale (SPR) delle proteine di membrana.
Perché le proteine di membrana sono difficili da studiare
Circa un terzo di tutte le proteine umane sono proteine di membrana e sono coinvolte in funzioni vitali come la segnalazione e il trasporto cellulare. Quasi il 60% delle proteine colpite dai farmaci sono proteine di membrana. Ciò evidenzia il loro ruolo chiave nella salute e nella malattia e sottolinea quindi la necessità di studi accurati.
Comprendere come queste proteine interagiscono con altre molecole – un processo chiamato legame – è fondamentale per sviluppare trattamenti efficaci. Una tecnica chiamata risonanza plasmonica di superficie (SPR) fornisce uno strumento prezioso per farlo.
SPR è considerato un “gold standard” nel campo perché consente agli scienziati di monitorare queste interazioni in tempo reale senza dover etichettare chimicamente le proteine. Tuttavia, una sfida importante è stata trovare modi affidabili per immobilizzare, o attaccare, le proteine di membrana al chip del sensore SPR preservandone la struttura e la funzione naturali. Se la forma o il comportamento della proteina cambiano durante l’attaccamento, i risultati dell’analisi non sono affidabili.
Un nuovo approccio: nanodischi e SpyTag-SpyCatcher
Per superare questa sfida, il gruppo di ricerca ha sviluppato un nuovo metodo di immobilizzazione. Hanno combinato due tecnologie consolidate, il sistema di coniugazione covalente SpyCatcher-SpyTag e i nanodischi basati sulle proteine dell’impalcatura di membrana (MSP), per creare un processo semplice, efficiente e stabile.
Ecco una ripartizione del processo:
- Creazione di nanodischi: il team ha progettato una proteina di fusione che combina MSP con la molecola SpyTag. Questa proteina ingegnerizzata è stata poi utilizzata per incorporare la proteina di membrana bersaglio nei nanodischi. I nanodischi sono minuscole strutture lipidiche artificiali che imitano l’ambiente in cui normalmente risiedono le proteine di membrana all’interno delle membrane cellulari.
- Allegato specifico: Questi nanodischi portano l’etichetta SpyTag. I ricercatori hanno quindi preimmobilizzato le proteine SpyCatcher, che hanno una forte affinità per SpyTag, su un chip sensore CM5 standard utilizzando un processo di accoppiamento chimico convenzionale.
- Immobilizzazione stabile: questo design consente ai nanodischi, che trasportano la proteina della membrana, di essere catturati in modo specifico ed efficiente dalle proteine SpyCatcher. Il risultato è un’immobilizzazione robusta e stabile della proteina di membrana all’interno di un ambiente lipidico quasi nativo, che imita essenzialmente l’ambiente naturale della proteina.
Dimostrare l’efficacia del metodo
Per dimostrare le capacità del metodo, il gruppo di ricerca ha eseguito l’analisi SPR di tre diversi tipi di interazioni proteiche di membrana:
Interazioni proteina-lipide
Interazioni transmembrana proteine-anticorpi
*Interazioni proteine transmembrana-piccole molecole
I risultati hanno prodotto costantemente dati SPR di alta qualità, consentendo una quantificazione precisa della cinetica di legame (la velocità con cui si verificano le interazioni) e delle affinità (la forza con cui le proteine si legano tra loro).
Significato e potenziale futuro
Questo approccio innovativo affronta in modo efficace i limiti di lunga data della tecnologia SPR nello studio delle proteine di membrana. Fornendo un metodo affidabile per l’immobilizzazione, questa ricerca ha un potenziale significativo per accelerare sia la ricerca sulle proteine di membrana che gli sforzi di scoperta di farmaci. Questa tecnica dovrebbe portare a una maggiore comprensione del complesso ruolo delle proteine di membrana e allo sviluppo di terapie migliori e più mirate.
