proteine ​​integrali di membrana, o IMP, sono una classe importante di proteine ​​che svolgono ruoli cruciali in molti processi cellulari, compresa la catalisi dei ponti disolfuro, che sono essenziali per la funzione e la stabilità di molte proteine ​​come gli anticorpi, che hanno notevoli potenzialità terapeutiche.

Ma gli IMP sono intrinsecamente idrofobici e quindi hanno una bassa solubilità in ambienti acquosi. Il loro ambiente naturale è all'interno della membrana a doppio strato lipidico di una cellula, il che rende difficile studiarne la struttura e la funzione.

Un metodo precedentemente riportato che coinvolge tecniche standard del DNA ricombinante e alcuni nuovi principi di progettazione ha permesso a un team di ingegneri chimici Cornell di realizzare grandi quantità di IMP funzionali in modo semplice ed economico, il tutto senza l'uso di prodotti chimici o detergenti aggressivi, che sono tipicamente usati oggi. quella squadra, guidato da Matt De Lisa, il William L. Lewis Professor of Engineering presso la Robert Frederick Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering, ha ora utilizzato quel metodo di ingegneria proteica per convertire un enzima legato alla membrana in un biocatalizzatore solubile in acqua che funziona direttamente nella cellula interna acquosa.

"Puoi ridisegnare queste proteine ​​​​ingannevoli, rendendoli idrosolubili, e forse davvero sorprendentemente, possono continuare a catalizzare le loro reazioni biologiche naturali, " ha detto De Lisa, ricercatore principale per "Una variante DsbB idrosolubile che catalizza la formazione di legami disolfuro in vivo, " pubblicato il 19 giugno in Natura chimica biologia .

"Per quello che ci risulta, questo è il primo esempio di creazione di un IMP idrosolubile che mantiene la sua attività catalitica naturale ma lo fa in un ambiente cellulare completamente nuovo, " Disse DeLisa. "E poiché è un costrutto geneticamente modificato, può essere espresso come qualsiasi altra proteina solubile con pochissimo sforzo o difficoltà."

Primo autore è Dario Mizrachi, ex associato post-dottorato in ingegneria chimica e biomolecolare che ora è assistente professore alla Brigham Young University. I collaboratori includevano Michael-Paul Robinson, dottorando in ingegneria chimica e biomolecolare, e Mehmet Berkmen del New England Biolabs.

Il lavoro precedente del gruppo ha dettagliato un metodo che hanno chiamato SIMPLEx (Solubilizzazione di proteine ​​​​di membrana integrali con alti livelli di espressione), per schermare gli IMP dall'acqua e consentire la produzione di grandi quantità di queste proteine ​​difficili da produrre. Utilizzando tecniche di DNA ricombinante, hanno cucito insieme una proteina di membrana artificiale con una crisi di identità - una che mantiene la sua funzione biologica, ma pensa che sia solubile in acqua.

Quest'ultimo lavoro è la prima applicazione di tale tecnica. Il gruppo ha usato i propri IMP a commutazione di identità per creare legami disolfuro, un tipo di modificazione post-traduzionale che si verifica in molte proteine ​​e influenza quasi tutti gli aspetti della normale biologia e patogenesi cellulare.

Il gruppo ha preso di mira l'enzima di membrana integrale batterico DsbB, un biocatalizzatore centrale nella formazione del legame disolfuro, sebbene DeLisa ritenga che la tecnica sia trasferibile a una miriade di altre proteine ​​di membrana.

Utilizzando il metodo SIMPLEx, il gruppo ha convertito DsbB legato alla membrana in un biocatalizzatore solubile in acqua che potrebbe essere facilmente espresso nel citoplasma di E. coli, dove ha generato la formazione di legami disolfuro in una serie di bersagli proteici.

I legami disolfuro sono attori chiave in molte proteine ​​terapeutiche, come gli anticorpi monoclonali. Molti farmaci antitumorali impiegano queste molecole, che può imitare o potenziare l'attacco del sistema immunitario alle cellule tumorali.

La capacità di estrarre il catalizzatore dalla membrana lipidica e metterlo nel citoplasma, De Lisa ha detto, consente agli scienziati di produrre questi anticorpi in posizioni potenzialmente più favorevoli nella cellula.

"Potremmo creare questo percorso nel citoplasma... [o] potremmo spostare tutto in un compartimento subcellulare diverso come il periplasma, o potenzialmente prendere l'intero percorso fuori dalla cellula e ricostituirlo in un sistema privo di cellule, " DeLisa ha detto. "Il punto è, creiamo un'enorme quantità di flessibilità in termini di creazione di questi legami essenzialmente trasformando una proteina di membrana in un enzima solubile".