Białka błonowe odgrywają ważną rolę w różnorodnych procesach biologicznych i stanowią znaczną część celów leków, co sprawia, że ich badania są niezwykle ważne. Jednakże analiza tych białek była w przeszłości wyzwaniem. Naukowcy z Instytutu Fizyki Powierzchni w Hefei, kierowani przez Wanga Junfenga, opublikowali w czasopiśmie Analytical Chemistry nowe badanie, w którym opisano obiecujące rozwiązanie, które znacznie poprawia wiarygodność analizy białek błonowych metodą powierzchniowego rezonansu plazmonowego (SPR).
Dlaczego badanie białek błonowych jest trudne
Około jedna trzecia wszystkich białek ludzkich to białka błonowe, które biorą udział w krytycznych funkcjach, takich jak sygnalizacja komórkowa i transport. Prawie 60% białek będących celami leków to białka błonowe. Podkreśla to ich kluczową rolę w zdrowiu i chorobie, a zatem podkreśla potrzebę dokładnych badań.
Zrozumienie, w jaki sposób te białka oddziałują z innymi cząsteczkami – proces zwany wiązaniem – ma kluczowe znaczenie dla opracowania skutecznych metod leczenia. Cennym narzędziem do tego celu jest technika zwana powierzchniowym rezonansem plazmonowym (SPR).
SPR jest uważany za „złoty standard” w tej dziedzinie, ponieważ umożliwia naukowcom monitorowanie tych interakcji w czasie rzeczywistym bez konieczności chemicznego znakowania białek. Jednak głównym wyzwaniem jest znalezienie niezawodnych sposobów unieruchomienia, czyli przyłączenia białek błonowych do chipa czujnika SPR, przy jednoczesnym zachowaniu ich naturalnej struktury i funkcji. Jeśli kształt lub zachowanie białka zmieni się podczas przyłączania, wyniki testu staną się niewiarygodne.
Nowe podejście: nanodyski i system SpyTag-SpyCatcher
Aby przezwyciężyć ten problem, zespół badawczy opracował nową metodę unieruchomienia. Połączyli dwie uznane technologie — system koniugacji kowalencyjnej SpyCatcher-SpyTag i nanodyski z białkiem rusztowania membranowego (MSP), aby stworzyć prosty, wydajny i stabilny proces.
Oto opis procesu:
- Tworzenie nanodysków: Zespół opracował białko fuzyjne, które łączy MSP z cząsteczką SpyTag. To zmodyfikowane białko wykorzystano następnie do włączenia docelowego białka błonowego do nanodysków. Nanodyski to maleńkie, sztuczne struktury lipidowe imitujące środowisko, jakie białka błonowe zwykle znajdują w błonach komórkowych.
- Specjalny załącznik: Te nanodyski mają oznaczenie SpyTag. Następnie badacze wstępnie unieruchomili białka SpyCatcher — które mają wysokie powinowactwo do SpyTag — na standardowym chipie czujnika CM5, stosując konwencjonalny proces sprzęgania chemicznego.
- Stabilna immobilizacja: Ta konstrukcja umożliwia specyficzne i skuteczne wychwytywanie nanodysków zawierających białko błonowe przez białka SpyCatcher. Efektem jest mocne i stabilne unieruchomienie białka błonowego w środowisku zbliżonym do naturalnego środowiska lipidowego – a właściwie symulującym naturalne środowisko białka.
Wykazanie skuteczności metody
Aby zademonstrować możliwości tej metody, zespół badawczy przeprowadził analizę SPR trzech różnych typów interakcji białek błonowych:
- Interakcje białkowo-lipidowe
- Oddziaływanie białka transbłonowego z przeciwciałem
- Interakcje białek transbłonowych z małymi cząsteczkami
Wyniki konsekwentnie dostarczały wysokiej jakości danych SPR, umożliwiających precyzyjną ocenę kinetyki wiązania – czyli szybkości występowania interakcji – i powinowactwa – czyli siły wiązania się białek.
Znaczenie i przyszły potencjał
To innowacyjne podejście skutecznie rozwiązuje długotrwałe ograniczenia technologii SPR w badaniu białek błonowych. Dzięki zapewnieniu niezawodnej metody immobilizacji badania te mają znaczny potencjał przyspieszenia zarówno badań nad białkami błonowymi, jak i opracowywania leków. Technika ta powinna prowadzić do lepszego zrozumienia złożonej roli białek błonowych i opracowania bardziej skutecznych i ukierunkowanych terapii.
