Struttura 3-D del trasportatore di ioduro sintetico PB-1A sviluppato dai ricercatori IBS. Il design PB-1A segue la forma di un poliedro a 26 facce composto da triangoli e quadrati (grigio scuro) con 12 facce lasciate vuote come finestre (grigio chiaro) per il passaggio degli ioni. Ha un diametro di 3,64 nm e le giuste caratteristiche chimiche per adattarsi alla membrana cellulare. Credito:Istituto per le scienze di base
Lo scambio di ioduro (ioni iodio) tra sangue e cellule è fondamentale per la salute di diversi organi e il suo malfunzionamento è legato al gozzo, ipo e ipertiroidismo, tumore al seno, e cancro gastrico. Ricercatori del Centro per l'autoassemblaggio e la complessità, all'interno dell'Istituto per le scienze di base (IBS) hanno ideato nanostrutture che funzionano come canali per il trasporto di ioduro nelle membrane cellulari. Questo studio, pubblicato in Giornale della Società Chimica Americana ( JACS ), può portare alla diagnosi e al trattamento dei disturbi del trasporto dello ioduro.
Una proteina nota come trasportatore di sodio/ioduro (NIS) media il trasporto di ioduro dal flusso sanguigno nelle cellule tiroidee e in altri tessuti, comprese le ghiandole mammarie durante l'allattamento, tessuti cancerosi del seno, e ghiandole lacrimali. NIS è una struttura cava che copre l'altezza della membrana cellulare attraverso la quale lo ioduro può spostarsi nelle cellule.
Gli scienziati dell'IBS hanno sviluppato canali ionici sintetici che consentono selettivamente il passaggio di ioni caricati negativamente, soprattutto ioduri. Con un diametro di 3,64 nm e le giuste caratteristiche chimiche, questi canali chiamati scatole di porfirina 1A (PB-1A), inserirsi nella membrana cellulare.
PB-1A ha la forma di un poliedro a 26 facce composto da triangoli e quadrati, chiamato rombicubottaedro da Archimede. Due tipi di molecole compongono 14 facce del solido, mentre le altre facce sono lasciate vuote per il passaggio degli ioni.
PB-1A ha il vantaggio di essere chimicamente stabile in soluzione acquosa e nella membrana cellulare. Gli scienziati dell'IBS hanno scoperto che il PB-1A si inserisce naturalmente nella membrana cellulare, è funzionale come canale ionico, e non tossico per le cellule.
Lo ioduro (I-) entra ed esce attraverso i canali sintetici PB-1A nella membrana cellulare. Le cellule sono trattate con proteine fluorescenti gialle sensibili allo ioduro (cellule YFP-HEK-293T) che sono fluorescenti solo in assenza di I- (A). Gli scienziati dell'IBS hanno osservato che l'aggiunta di canali PB-1A non ha interferito con la fluorescenza (B), ma un'ora dopo, quando hanno aggiunto I- (come ioduro di sodio, NaI), la fluorescenza è stata spenta (C). La soluzione di NaI è stata quindi rimossa, e la fluorescenza è ricomparsa dopo 30 minuti, indicando che I- diffuso fuori dalla cellula attraverso i canali PB-1A (D). Credito:Istituto per le scienze di base
Il team ha osservato che diversi tipi di ioni con carica negativa possono passare attraverso PB-1A, ma alcuni possono farlo meglio di altri. Ad esempio:trasferimento di ioduro circa 60 volte più efficiente del cloruro, lo ione biologico più abbondante con carica negativa, che è due volte più selettivo rispetto ai canali precedentemente riportati. Il team ha osservato che diversi tipi di ioni con carica negativa possono passare attraverso PB-1A, ma alcuni possono farlo meglio di altri. Ad esempio:lo ioduro si trasferisce circa 60 volte in modo più efficiente del cloruro, lo ione biologico più abbondante con carica negativa, che è due volte più selettivo rispetto ai canali precedentemente riportati. Questa differenza di efficienza è correlata alle molecole d'acqua che circondano gli ioni e all'energia necessaria per estrarli, cioè è più facile per lo ioduro rimuovere queste molecole d'acqua mentre attraversa il canale, che ne facilita il passaggio.
Progettare canali con elevata selettività per ioni specifici non è un compito banale. "Siamo entusiasti di questi risultati, perché rispetto agli studi sui canali del cloro e sui canali che trasportano ioni con carica positiva, canali artificiali ioduro-selettivi sono stati riportati raramente nell'ultimo decennio. Inoltre, i canali che imitano le funzioni di NIS sono molto interessanti, poiché hanno il potenziale per trattare i tumori maligni tiroidei e non, " sottolinea il dottor ROH Joon Ho, uno degli autori corrispondenti di questo studio.
