I ricercatori del California Institute of Technology hanno sviluppato un approccio per superare un importante ostacolo nel testare nuovi bersagli farmacologici. La ricerca è riportata in un articolo del 24 novembre su Journal of Biological Chemistry .

Le proteine ​​incorporate nelle membrane cellulari sono potenziali bersagli per i farmaci per il trattamento di una serie di malattie, dalle malattie infettive ai tumori. proteine ​​di membrana (che includono trasportatori, canali, e recettori) sono gli obiettivi di quasi il 70% dei farmaci approvati dalla FDA.

Però, è notoriamente difficile per i ricercatori produrre proteine ​​di membrana in laboratorio in quantità sufficienti per poterle purificare e condurre esperimenti con potenziali farmaci. I professori Thomas F. Miller III e William M. Clemons Jr. del Dipartimento di Chimica e Ingegneria Chimica del Caltech si sono chiesti se ci fosse un modo per aiutare i ricercatori che hanno riscontrato questo problema.

"La nostra motivazione per questo progetto è nata davvero dalla frustrazione per questo problema generale, che è che le proteine ​​di membrana sono molto difficili da produrre su larga scala per scopi sperimentali, "Disse Clemons.

Per produrre proteine ​​di interesse, i ricercatori in genere inseriscono il gene che codifica per la proteina in una linea cellulare da laboratorio, come E. coli; questo processo è chiamato sovraespressione eterologa di una proteina. Ma le proteine ​​di membrana sono tipicamente sovraespresse solo in quantità molto piccole, per ragioni finora poco comprese. I singoli ricercatori a volte trascorrono anni cercando di modificare le loro proteine ​​di interesse in modi che le rendano espresse in modo più efficiente in laboratorio.

"Le persone vanno a caccia nel buio per sperare di trovare qualcosa che funzioni meglio in modo che possano ottenere abbastanza proteine ​​per svolgere i loro studi, " Miller ha detto. "Sono necessari nuovi strumenti per migliorare razionalmente questo, farlo in modo più mirato".

Per vedere se esistessero principi generali che potessero guidare i tentativi di migliorare l'espressione delle proteine ​​di membrana, Clemons e Miller e i loro studenti laureati Michiel J.M. Niesen e Stephen S. Marshall si sono concentrati su una fase specifica del processo:il punto in cui una cellula inserisce effettivamente una proteina appena sintetizzata nella membrana.

L'efficienza dell'inserimento, ovvero la frazione del tempo in cui una proteina viene inserita correttamente nella membrana - dipende dalla sequenza amminoacidica della proteina. Il team ha sviluppato un metodo di simulazione computazionale per prevedere come un cambiamento nella sequenza influenzerebbe l'efficienza di inserimento.

Nel nuovo studio, il team ha testato in laboratorio come questo predicesse l'efficienza correlata all'espressione delle proteine. Il team ha prodotto sistematicamente molte varianti di una particolare proteina e ha utilizzato l'algoritmo per prevedere l'efficienza di inserimento della membrana di ciascuna variante. Quindi i ricercatori hanno quantificato la quantità di proteine ​​prodotta. Come avevano ipotizzato, una migliore efficienza di inserimento correlata a una migliore resa proteica.

Ora i ricercatori interessati a studiare una particolare proteina di membrana possono utilizzare questi strumenti di simulazione per prevedere quali modifiche dovrebbero apportare alla loro sequenza proteica per produrre la proteina di membrana in laboratorio. Ci sono avvertimenti:se una particolare proteina in un particolare tipo di cellula è soggetta a inefficienze in altre fasi della sua sintesi oltre all'inserimento della membrana, allora il nuovo metodo potrebbe non essere d'aiuto. Ma i ricercatori sono fiduciosi che il metodo offra una via da seguire per molti ricercatori sulle proteine ​​di membrana che lottano per esprimere le loro proteine.

"Crediamo che gli strumenti che abbiamo sviluppato qui abbiano il potenziale per rivoluzionare davvero l'espressione delle proteine ​​di membrana, " ha detto Clemons. "Ci sono ancora cose che dobbiamo fare per renderci pienamente conto che, ma questo documento dimostra che il potenziale c'è".

I ricercatori stanno ora collaborando con altri per far funzionare questi strumenti.

"Ci sono molti bersagli proteici di membrana che sono di reale importanza e valore reale per scopi di progettazione farmaceutica e farmaceutica, " Miller ha detto "Se possiamo aiutare le persone portando un obiettivo sfuggente a portata di mano, sarebbe una grande vittoria".