Sviluppato un interruttore molecolare per attivare le proteine

Le proteine sono uno degli elementi più diversi e importanti degli organismi viventi poiché sono necessarie per la crescita dei tessuti, degli organi, delle ossa, dei denti e per la creazione di enzimi e ormoni. Tuttavia tali scopi differenti insieme all'interconnessione di tutti i sistemi nelle cellule viventi rendono difficile per i ricercatori capirne il funzionamento fino in fondo.

Recentemente un gruppo di ricercatori coordinati da Alexander Deiters, prof. di chimica presso l'Università di Pittsburgh ha sviluppato una tecnologia che permette alla fosfina, una piccola molecola, di agire come un "interruttore" per controllare le attività della proteine, dando gli scienziati maggior controllo sugli studi che coinvolgono i dettagli molecolari dei processi biologici.

«Essere in grado di controllare con precisione la funzione di una proteina specifica nelle cellule usando una piccola molecola che agisce come un innesco esterno permette di rivelare le attività legate alla proteina in isolamento e fornisce la cinetica dei processi cellulari» scrive Deiters.

Possibili applicazioni dell'interruttore molecolare

La ricerca potrebbe portare ad applicazioni nella terapia genica e potrebbe essere utilizzata come strumento di ricerca per capire meglio i processi delle malattie. «Il funzionamento è simile all’accensione di un interruttore della luce in cucina per vedere se qualcuno sta facendo uno spuntino di nascosto a tarda notte, l’interruttore attiva rapidamente alcune proteine e ci permette di saperne di più sul loro comportamento e sulle loro funzioni».

Le proteine sono composte da lunghe catene di amminoacidi. In questo studio i ricercatori hanno scoperto che aggiungere alle proteine un aminoacido artificiale, chiamato ortho-azidobenzyloxycarbonyl lisina, ha “protetto” le proteine oppure le ha rese inattive. Quando i ricercatori hanno trattato le cellule che avevano le proteine “protette” con un reagente come la fosfina, l'aminoacido artificiale è stato convertito nella lisina naturale e si è formata una proteina attiva.

Avere la possibilità di innescare un interruttore permette ai ricercatori di osservare l'attività delle proteine in isolamento. Tale interruttore contribuisce anche a evitare l’interazione delle proteine con altre parti della cellula, questo rende possibile una migliore comprensione del ruolo delle proteine e quindi della relazione e dell’interazione che intercorrono con altri componenti della cellula.

Nel loro studio i ricercatori hanno utilizzato il piccolo interruttore molecolare in quattro processi cellulari:

• bioluminescenza — rimuovendo la protezione all’enzima luciferasi, i ricercatori sono stati in grado di innescare le cellule in modo da emettere luce;

• fluorescenza — attivando una proteina trovata originariamente nelle meduse, i ricercatori sono stati in grado di convertire la luce blu in luce verde;

• traslocazione delle proteine — i ricercatori sono stati in grado di utilizzare l'interruttore molecolare per facilitare lo spostamento delle proteine tra diversi compartimenti cellulari; e

• editing genetico e ricombinazione del DNA — l’interruttore ha permesso ai ricercatori di controllare l'inserimento e la rimozione delle informazioni genetiche.