Le proteine sono macchine molecolari essenziali che svolgono una vasta gamma di funzioni all’interno delle cellule. Svolgono ruoli cruciali in tutto, dalla catalizzazione delle reazioni chimiche al trasporto di molecole e alla fornitura di supporto strutturale. Tuttavia, i meccanismi precisi attraverso i quali le proteine svolgono i loro compiti sono rimasti sfuggenti, ostacolando gli sforzi volti a manipolarle per scopi terapeutici.
Il gruppo di ricerca, guidato dalla biochimica e professoressa di biologia molecolare e cellulare Jennifer Doudna, ampiamente conosciuta per il suo lavoro innovativo sulla tecnologia di modifica genetica CRISPR-Cas9, ha utilizzato una tecnica chiamata microscopia crioelettronica (cryo-EM) per acquisire immagini dettagliate immagini di proteine in azione. Cryo-EM consente ai ricercatori di visualizzare le molecole biologiche nel loro stato nativo, senza la necessità di cristallizzazione o altre tecniche invasive.
Combinando la crio-EM con la modellazione computazionale e i test biochimici, i ricercatori hanno ottenuto informazioni ad alta risoluzione sui cambiamenti conformazionali dinamici che le proteine subiscono durante i loro cicli funzionali. Questa comprensione è come catturare una serie di istantanee che rivelano i movimenti e le interazioni intricati all’interno di una proteina mentre svolge il compito assegnato.
"Di molte proteine conosciamo la struttura, ma non sappiamo come funzionano. Catturando questi movimenti dinamici delle proteine, ora possiamo iniziare a capire come funzionano le proteine al livello più fondamentale", ha spiegato Doudna in una nota.
I ricercatori si sono concentrati specificamente su una classe di proteine chiamate nucleasi guidate dall’RNA, che sono coinvolte nell’editing e nella regolazione dei geni. Usando la cryo-EM, sono stati in grado di osservare come queste nucleasi riconoscono e si legano a specifiche sequenze di RNA, e quindi manipolano l’RNA in modi precisi per eseguire le loro funzioni cellulari.
Questa comprensione dettagliata delle dinamiche e dei meccanismi delle proteine ha implicazioni immediate per la progettazione di nuovi farmaci e terapie. Decifrando l’intricata coreografia molecolare delle proteine, gli scienziati possono ora ingegnerizzarle razionalmente per potenziare le loro funzioni benefiche o sopprimere le loro attività dannose. Ad esempio, questo approccio potrebbe portare allo sviluppo di terapie proteiche più efficaci, enzimi per applicazioni industriali e strumenti diagnostici per le malattie causate dalla disfunzione proteica.
I risultati dello studio, pubblicati sulla rivista Nature, rappresentano un importante passo avanti nella comprensione della funzione delle proteine e forniscono un potente kit di strumenti per manipolare queste macchine molecolari a beneficio della salute umana e della biotecnologia.
In conclusione, la svolta raggiunta dai ricercatori dell’UC Berkeley ha rivoluzionato la nostra comprensione del funzionamento delle proteine a livello molecolare. Visualizzando le dinamiche e i meccanismi delle proteine utilizzando la crio-EM, gli scienziati ora possiedono le conoscenze e gli strumenti per progettare e ingegnerizzare proteine con proprietà su misura, aprendo nuove strade per interventi terapeutici e innovazioni tecnologiche.
