La tecnologia ha un impatto enorme sulla nostra vita quotidiana, fino al livello cellulare all'interno del nostro corpo. I chimici della Texas A&M University lo stanno usando per determinare come i lipidi comunicano tra loro quando interagiscono con le proteine ​​di membrana, uno degli obiettivi primari per la scoperta di farmaci e potenziali trattamenti per un numero qualsiasi di malattie diverse.

Sfruttando la loro esperienza tecnologica per "vedere" le proteine ​​di membrana mentre interagiscono con diversi lipidi, Il gruppo di ricerca del Dr. Arthur Laganowsky, chimico della Texas A&M, ha scoperto prove convincenti che queste proteine ​​possono essere in grado di reclutare i propri microambienti lipidici attraverso l'allosteria, un fenomeno biologico osservato per la prima volta nel 1900 e identificato in numerosi processi biologici, compresa la segnalazione cellulare, controllo trascrizionale e malattia.

Il lavoro di squadra, pubblicato oggi (5 marzo) in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze e guidato dai ricercatori post-dottorato di chimica del Texas A&M Christopher Boone e John W. Patrick, mostra che l'allosteria si estende alle interazioni tra proteine ​​di membrana e lipidi, consentendo a queste proteine ​​di alterare i loro siti di legame remoti per accettare lipidi di diversi tipi e aprendo nuove possibilità per la progettazione e la somministrazione di farmaci farmaceutici.

Dalla protezione alla comunicazione

Le membrane protettive esistono sulla superficie di tutte le cellule viventi e contengono molte delle proteine ​​più importanti delle nostre cellule, molti dei quali hanno funzioni uniche e specializzate, come la salvaguardia del carico in entrata e in uscita dalla cellula che è necessario per la sopravvivenza della cellula. Queste membrane sono in gran parte composte da lipidi, che svolgono a loro volta ruoli chiave nel mantenimento dell'integrità della membrana e nel garantire che queste proteine ​​di membrana specializzate funzionino correttamente.

"Da questo lavoro e dal nostro lavoro precedente, sta diventando sempre più chiaro che le proteine ​​di membrana sono squisitamente sensibili alla chimica dei lipidi, " Dice Laganowsky. "Dato che la composizione dei lipidi differisce in tutti gli organi del corpo, comprendere come l'ambiente lipidico in queste aree influenzi la struttura proteica sarà fondamentale per aprire nuove possibilità ai farmaci progettati per influenzare il modo in cui questi lipidi si legano tra loro".

Le proteine ​​di membrana rappresentano uno dei bersagli più importanti per la scoperta di farmaci, con uno sbalorditivo 60 percento di farmaci sul mercato attuale che li prende di mira per il loro ruolo integrale nei processi cellulari. Il ruolo cruciale dei lipidi nel ripiegamento, La struttura e la funzione delle proteine ​​di membrana sta emergendo attraverso molteplici rapporti di ricerca e canali, scoperte che stanno scoprendo i ruoli intimi che le interazioni lipidi-proteine ​​svolgono nel controllo della struttura e della funzione delle proteine.

"In una cella, le interazioni molecolari con le molecole sono sfruttate per svolgere processi cellulari, " Spiega Laganowsky. "Ad esempio, quando mangi un peperoncino, si avverte una sensazione di calore come risultato di una molecola nel pepe che si lega a una specifica proteina di membrana che, a sua volta, suscita questa risposta. In modo simile, il nostro studio ha dimostrato che la proteina di membrana può influenzare il suo ambiente lipidico circostante, e questo ambiente può influenzare, Per esempio, come vengono rilevate le molecole."

Ostacoli a una svolta

Le proteine ​​di membrana svolgono funzioni cellulari essenziali, compresa la segnalazione e il trasporto di molecole attraverso il doppio strato ematoencefalico, che la maggior parte delle droghe ha difficoltà a superare. Queste proteine ​​sono incorporate nell'ambiente lipidico chimicamente complesso della membrana biologica, che presenta sfide uniche nel decifrare i ruoli che i lipidi svolgono nella modulazione della struttura e della funzione delle proteine ​​di membrana.

Ad oggi, tecnologia, o la mancanza di, è stato il principale ostacolo a tali indagini. Oltre alla loro esperienza nell'uso della cristallografia a raggi X per determinare la struttura atomica delle proteine, Il laboratorio di Laganowsky è stato uno dei primi negli Stati Uniti a perfezionare l'uso della spettrometria di massa a mobilità ionica nativa all'avanguardia, una tecnica che ha contribuito a sviluppare come ricercatore post-dottorato presso l'Università di Oxford, che ha permesso al suo gruppo di decifrare i lipidi e la membrana del linguaggio proteine ​​usano per comunicare. Facendo luce su come le interazioni lipidi-proteine ​​possono aumentare o indebolire il legame di altri tipi di lipidi, la loro ricerca sta cambiando la nostra comprensione delle dinamiche strutturali delle proteine ​​a livello della membrana cellulare e fornisce nuove intuizioni con il potere di trasformare la progettazione di farmaci, sviluppo e consegna.

"C'è un bisogno critico di espandere le nostre conoscenze fondamentali in questo campo emergente applicando e sviluppando approcci innovativi per chiarire come i lipidi modulano la funzione strutturale delle proteine ​​di membrana, "Laganowsky dice. "A tal fine, continuiamo a studiare un certo numero di canali ionici, recettori e altri tipi di proteine ​​di membrana".

Wen Liu, Yang Liu e Xiao Cong, ex membri del laboratorio di Laganowsky all'interno del Texas A&M Health Science Center's Institute of Biosciences and Technology (IBT), collaborato anche alla ricerca, come ha fatto la dottoressa Gloria Conover, un assistente ricercatore nel gruppo di Laganowsky dal 2017.