Ricercatori negli Stati Uniti e in Germania hanno appena scoperto una parte precedentemente trascurata delle molecole proteiche che potrebbe essere la chiave del modo in cui le proteine ​​interagiscono tra loro all'interno delle cellule viventi per svolgere funzioni specializzate.

I ricercatori hanno scoperto minuscoli frammenti di materiale molecolare, che hanno chiamato "componenti aggiuntivi", sui bordi esterni dell'interfaccia proteica che personalizzano ciò che una proteina può fare. Hanno scelto il nome perché i componenti aggiuntivi personalizzano l'interfaccia tra le proteine ​​allo stesso modo in cui i componenti aggiuntivi software personalizzano un'interfaccia web con un utente.

Sebbene sia noto da tempo che le proteine ​​hanno una regione di interfaccia in cui si connettono con altre proteine, non è stato chiaro esattamente come le proteine ​​chiave siano in grado di trovarsi l'una con l'altra all'interno di un ambiente cellulare affollato che può contenere decine di migliaia di altre proteine.

Ora, i ricercatori della Ohio State University e dell'Università di Regensburg riferiscono nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze che sono gli add-on che consentono alle proteine ​​di connettersi esclusivamente con il giusto partner dedicato.

Florian Busch, un ricercatore post-dottorato in chimica e biochimica presso l'Ohio State e coautore dello studio, ha definito l'esistenza di componenti aggiuntivi proteici "un principio guida fondamentale precedentemente sconosciuto" per garantire che le proteine ​​interagiscano in modi specifici.

I ricercatori hanno sperimentato con batteri vivi, dimostrando l'importanza di componenti aggiuntivi per le normali funzioni cellulari. Per esempio, hanno determinato che nell'organismo Bacillus subtilis , in cui manca un componente aggiuntivo di interfaccia unico, le colonie di batteri sono cresciute dell'80% in meno in determinate condizioni. La ragione di ciò era che l'add-on di interfaccia mancante portava a interazioni incrociate non salutari di proteine ​​nel B. subtilis cellule.

È difficile sopravvalutare l'importanza delle proteine ​​per la vita come la conosciamo. Gli enzimi sono proteine ​​che consentono reazioni chimiche nelle cellule. Gli anticorpi sono proteine ​​che si legano agli invasori estranei nel corpo. L'elenco continua includendo migliaia di funzioni critiche. Nella maggior parte dei casi, le proteine ​​devono connettersi tra loro e formare gruppi chiamati complessi proteici per svolgere compiti così diversi.

Ma esattamente come le proteine ​​siano in grado di fare tutto ciò che fanno è un mistero, radicato nella matematica e nella geometria. Ci sono 20 amminoacidi conosciuti che si uniscono in lunghe catene e poi si ripiegano per formare proteine. È la piega che determina la forma generica di una proteina, o geometria. Sebbene ce ne siano solo circa 1, 000 geometrie proteiche conosciute in natura, in qualche modo le proteine ​​sono in grado di formare complessi che svolgono centinaia di migliaia di funzioni molto specifiche.

Massimiliano Plach, autore principale dell'articolo e biochimico presso l'Università di Regensburg, ha spiegato come i ricercatori sapevano dove cercare per risolvere il mistero.

"Molto lavoro è stato dedicato all'analisi del modo in cui le proteine ​​interagiscono tra loro e dell'aspetto delle interfacce, come sono costruiti, e come si sono evoluti, " ha detto. "Ma le regioni periferiche delle interfacce non hanno ricevuto tanta attenzione. Penso che la novità nel nostro approccio sia stata quella di guardare alle regioni che sono state, ancora, considerata meno importante".

La squadra di Ratisbona, guidato dal biologo computazionale Rainer Merkl e dal biochimico proteico Reinhard Sterner, analizzato le sequenze proteiche derivate da più di 15, 000 genomi batterici e archeali su un grande cluster di computer. Hanno classificato le proteine ​​che condividevano antenati evolutivi comuni in una sorta di albero genealogico, e confrontato le singole proteine ​​con i loro "parenti" proteici. È così che hanno individuato le strutture di interfaccia che erano presenti in alcune proteine ​​ma mancanti in altre:i componenti aggiuntivi.

Busch e Vicki Wysocki, Ohio Eminent Scholar of Macromolecular Structure and Function e direttore del Campus Chemical Instrument Center presso l'Ohio State, ha quindi utilizzato la spettrometria di massa nativa per rilevare come la presenza e l'assenza di componenti aggiuntivi influenzasse la capacità delle proteine ​​di interagire tra loro.

"Siamo davvero lieti che la nostra tecnologia di spettrometria di massa nativa possa aiutare a identificare il ruolo di questi "componenti aggiuntivi" di interfaccia, un modo per una proteina di trovare la sua proteina partner fondamentale anche in un ambiente cellulare affollato con strutture simili presenti, "Ha detto Wysocki.

a Busch, una delle cose davvero entusiasmanti dello studio è stato l'uso dei "big data" da parte dei ricercatori:in questo caso, interi database di proteine ​​e genomi.

"Ritengo che il nostro lavoro sia un esempio importante di come utilizzare i dati disponibili al pubblico per comprendere i principi fondamentali della natura, e penso che il data mining diventerà sempre più importante nel campo biomedico in futuro, " Egli ha detto.