Per anni, un problema irrisolto tormentato dal ricercatore Chad Petit dell'Università dell'Alabama a Birmingham, dottorato di ricerca Coinvolgeva un importante fenomeno biologico chiamato allosteria, un metodo fondamentale di regolazione enzimatica che è cruciale nelle cellule viventi.

Nell'allosteria, un ligando si lega a una parte dell'enzima, e quel legame attiva o disattiva il sito attivo dell'enzima. Poiché il sito di legame del ligando e il sito attivo si trovano in parti diverse dell'enzima, ci deve essere qualche meccanismo biofisico che collega i due cambiamenti.

La prima osservazione di quella che in seguito sarebbe diventata nota come allosteria riguardava l'emoglobina, la proteina che trasporta l'ossigeno nel sangue. Christian Bohr, più di un secolo fa, hanno scoperto che la presenza di anidride carbonica ha modificato l'affinità di legame dell'emoglobina per l'ossigeno.

piccolo, ora assistente professore UAB di biochimica e genetica molecolare, aveva lavorato all'UNC-Chapel Hill su un dominio proteico da una proteina più grande che è importante per la funzione delle sinapsi nervose, insieme all'allora laureato Anthony "Tony" Law, M.D., dottorato di ricerca Il loro interesse era capire come l'energia potesse essere propagata attraverso una proteina in assenza di qualsiasi cambiamento visibile nella struttura.

In un pionieristico 2009 PNAS carta, Petit ha scoperto che la rimozione di una piccola porzione del dominio proteico, una stringa alfa elicoidale di amminoacidi, ha causato una diminuzione di 25 volte del legame. Questa delezione aveva lo scopo di imitare la fosforilazione del dominio PDZ3. Il meccanismo determinato per guidare questa diminuzione sembrava essere cambiamenti globali nei movimenti delle catene laterali senza alcun cambiamento apparente nella struttura del dominio proteico PDZ3. Fu uno dei primi casi chiari di quella che sarebbe stata definita "allosteria dinamica".

Ma c'era un paradosso, una domanda senza risposta che tormentava Petit anche dopo che si era trasferito a studiare una proteina dell'influenza all'UAB. Quella proteina di delezione dell'alfa elica era del 10% più piccola della PDZ3 nativa. quindi dovrebbe essere caduto più velocemente della proteina nativa. Ma gli esperimenti biofisici hanno mostrato che aveva un tasso di caduta quasi identico rispetto al PDZ3 nativo.

Negli anni, Petit e Law, che ora è specializzando in chirurgia in otorinolaringoiatria presso la University of Washington School of Medicine, continuava a tornare su questo puzzle. Alla fine hanno escogitato un'idea eretica:l'inaspettato tasso di caduta deve essere dovuto a un aumento del volume della proteina più piccola.

"Così, abbiamo iniziato a pianificare esperimenti, " ha detto Petit. "Abbiamo iniziato con un'osservazione, abbiamo fatto un'ipotesi, e poi abbiamo passato anni a testare quell'ipotesi".

Ogni angolo che abbiamo esaminato supportava questa ipotesi, " disse Petit. "Questa era pura scienza, è la scienza più pura che abbia mai fatto."

Usando un sacco di esperimenti biofisici con nomi ingombranti come spettri HSQC, analisi NOESY, isoterme di calorimetria differenziale a scansione, dispersione di raggi X a piccolo angolo e rilassamento di rotazione, nonché esperimenti in presenza di solventi che agiscono come osmoliti stabilizzanti o destabilizzanti, piccolo, Law e i loro colleghi di ricerca sono giunti alla seguente conclusione:la proteina di delezione dell'alfa elica si era effettivamente espansa di dimensioni, ed in realtà era più grande in volume della proteina PDZ3 nativa. Ulteriore, questa dimensione rilassata si è verificata senza alcun cambiamento distinguibile nella struttura proteica.

La proteina di delezione di volume maggiore ha mostrato tutte le normali caratteristiche della proteina nativa più compatta, e potrebbe essere compresso sperimentalmente attraverso variazioni di temperatura o stabilizzazione degli osmoliti.

come Petit, Law e i loro colleghi hanno sondato la letteratura, hanno visto che le persone avevano visto indizi di un meccanismo allosterico così nuovo già 35 anni fa, e vari articoli hanno dato un senso generale che potrebbe verificarsi in altre proteine ​​o enzimi.

Questa scoperta, almeno nei regni della biofisica e della chimica, è stata una bella spruzzata.

La loro carta è stata accettata dal Giornale della Società Chimica Americana , che ha un fattore di impatto di 13, e gli è stato chiesto di fare l'illustrazione della copertina. Il documento è stato pubblicato nel JAC Spotlight della rivista, ed è stato anche selezionato dalla Facoltà di 1000, un gruppo di 8, 000 scienziati senior che raccomandano i più importanti articoli di ricerca in biologia e medicina.

Come Petit e colleghi hanno scritto nel loro articolo, "L'osservazione inaspettata che la funzione può essere derivata da espanso, Gli stati proteici a bassa densità hanno ampie implicazioni per la nostra comprensione dell'allosteria e suggeriscono che il concetto generale di stato nativo venga ampliato per consentire dimensioni fisiche più variabili con un imballaggio più flessibile".

"È il miglior articolo che ho fatto, " disse Petit. "Per qualsiasi ragione, questa proteina di delezione ci ha permesso di studiare questo meccanismo. Tony la chiama la nostra Stele di Rosetta".