Nei nostri corpi, le proteine ​​svolgono quasi tutti i processi essenziali, e il malfunzionamento delle proteine ​​causa molte malattie. Per studiare la funzione di una proteina, i ricercatori lo rimuovono dalla cellula e successivamente ne analizzano le conseguenze. I due metodi che in genere potrebbero utilizzare attualmente sono l'editing del genoma di CRISPR/Cas, e interferenza dell'RNA. Agiscono a livello di DNA o RNA, rispettivamente. Però, la loro influenza sulla quantità di proteine ​​è indiretta e richiede tempo. Scienziati dalla Germania e dal Regno Unito presentano ora un nuovo metodo, chiamato Trim-Away, che consente di esaurire direttamente e rapidamente una proteina da qualsiasi tipo di cellula. Poiché Trim-Away può distinguere tra diverse varianti di una proteina, apre anche nuovi spazi per la terapia delle malattie.

In ogni cellula vivente, molte migliaia di proteine ​​sono al lavoro. Il loro repertorio comprende qualsiasi cosa, dalla catalizzazione di reazioni biochimiche alla modellazione della superficie di una cellula o all'invio e alla ricezione di segnali. Le proteine ​​​​malfunzionanti causano varie malattie, compreso il cancro e la neurodegenerazione. Perciò, è di grande interesse per i biologi molecolari capire come le proteine ​​agiscono nel loro ambiente naturale - la cellula.

Per studiare la funzione di una proteina, una delle strategie più importanti è rimuoverlo dalla cellula e studiarne gli effetti sui processi cellulari. Per esaurire una proteina, i ricercatori hanno a disposizione due tecniche principali:modifica del genoma mediante CRISPR/Cas, e interferenza dell'RNA (RNAi). Prendendo di mira il DNA o l'RNA di una cellula, rispettivamente, interrompono efficacemente la produzione di una proteina. Però, questi metodi influenzano le quantità di proteine ​​solo indirettamente e non sono applicabili a tutti i tipi di cellule e proteine. Fino ad ora, non esisteva una tecnica universalmente applicabile che potesse superare queste limitazioni.

Gli scienziati del Max Planck Institute for Biophysical Chemistry di Göttingen (Germania) e del MRC Laboratory of Molecular Biology di Cambridge (UK) sono ora riusciti a sviluppare un nuovo metodo, chiamato Trim-Away. "Con Trim-Away, è possibile per la prima volta mirare direttamente a quasi tutte le proteine ​​in qualsiasi tipo di cellula, " afferma Melina Schuh, Direttore del MPI di Chimica Biofisica. "È molto semplice da usare e rimuove le proteine ​​in pochi minuti. Questo è molto più veloce di qualsiasi cosa tu possa ottenere con l'editing del genoma o RNAi - con queste tecniche, in genere ci vogliono molte ore o addirittura giorni per esaurire una proteina. Questo dà alla cellula il tempo di sviluppare meccanismi per compensare la perdita, che a volte maschera gli effetti reali. Inoltre, l'editing del genoma e l'RNAi non sono adatti per lo studio di proteine ​​a vita lunga o proteine ​​nelle cellule primarie. Con Trim-Away, ora possiamo colmare questa lacuna." "Ora possiamo prendere praticamente qualsiasi cellula dal corpo e distruggere rapidamente le proteine ​​all'interno di questa cellula, permettendoci di studiare immediatamente gli effetti sui processi cellulari, " aggiunge il primo autore Dean Clift.

Sfruttare le capacità di una proteina cellulare

Al centro della nuova tecnica c'è una proteina scoperta nel laboratorio di Leo James presso l'MRC LMB:Trim21. Trim21 riconosce gli anticorpi che entrano nella cellula attaccata ai virus. Si lega a questi anticorpi, etichetta il complesso virus-anticorpo come "spazzatura", e lo consegna allo "scivolo della spazzatura" della cella, il proteasoma. Schuh si rese conto che questa capacità di Trim21 poteva aiutarla a superare un problema che aveva dovuto affrontare nella sua ricerca:si era dimostrato eccezionalmente difficile eliminare proteine ​​specifiche dalle cellule uovo mediante l'editing del genoma o l'RNAi, poiché molte proteine ​​in queste cellule sono molto longeve. Schuh ora voleva utilizzare Trim21 come strumento molecolare:insieme a Clift, ha introdotto negli ovociti anticorpi diretti contro una specifica proteina cellulare, invece di essere diretto contro i virus. Trim21 ha riconosciuto l'anticorpo e ha consegnato la proteina legata all'anticorpo al proteasoma per la distruzione. Entro pochi minuti, la proteina è scomparsa dalla cellula. Questo reindirizzamento di Trim21 alla proteina di interesse è il principio centrale di Trim-Away. "Fondamentalmente, La cassetta degli attrezzi della natura ci ha fornito tutti i componenti di cui avevamo bisogno. Il trucco era scegliere quelli giusti e combinarli in un sistema che funziona per il nostro scopo, "Schuh riassume.

Una difficoltà era che molti tipi di cellule non hanno quantità sufficienti di Trim21 per far fronte al compito di rimuovere tutta la proteina legata all'anticorpo. I ricercatori hanno superato questo problema fornendo ulteriore proteina Trim21 nella cellula insieme all'anticorpo. Un piccolo "shock elettrico" ha fatto sì che la cellula assorbisse le proteine. "Quando abbiamo identificato per la prima volta Trim21 come recettore anticorpale più di dieci anni fa e successivamente abbiamo mostrato quanto efficientemente distrugga le proteine ​​virali, ci siamo resi conto che poteva essere uno strumento potente se riprogrammato contro le proteine ​​cellulari. Tuttavia, i risultati sono ancora più notevoli di quanto avremmo potuto immaginare, " dice James. Questo vale anche per l'applicabilità di Trim-Away alle proteine ​​di lunga durata e alle cellule primarie, che sono cellule che vengono prelevate direttamente da un tessuto.

Un'altra applicazione è nei macrofagi, un tipo di globuli bianchi:"I macrofagi sono completamente inaccessibili all'editing del genoma o all'RNAi perché sono particolarmente bravi a riconoscere DNA e RNA estranei, che sono componenti centrali di quelle tecniche", spiega Giacomo. "Con Trim-Away è ora possibile esaurire le proteine ​​dai macrofagi per studiarne la funzione in questo specifico tipo di cellula".

Distruggere le varianti proteiche che causano malattie

Una caratteristica di Trim-Away è che può sfruttare la notevole specificità degli anticorpi, che non solo può distinguere tra diverse proteine, ma anche tra due diverse varianti della stessa proteina. Tali varianti svolgono ruoli importanti in molte malattie. Un esempio importante è la malattia di Huntington, una malattia neurodegenerativa ereditaria causata da una mutazione in una delle due copie di un individuo del gene che codifica per la proteina huntingtina. Gli scienziati hanno dimostrato che Trim-Away può essere utilizzato per rimuovere la variante che causa la malattia dell'huntingtina dalle cellule di coltura tissutale, lasciando indenne la variante "normale". "Certo, far funzionare tutto questo nella coltura cellulare è qualcosa di completamente diverso dal curare la malattia, "Sottolinea Schuh. "Un'applicazione terapeutica è ancora lontana. Ma il nostro lavoro potrebbe aprire nuove strade per il trattamento delle malattie con gli anticorpi in futuro".