Le proteine ​​Ras sono interruttori molecolari che decidono se e quando le cellule si dividono all'interno del nostro corpo. Una compromissione della loro funzione può portare alla formazione di un tumore. Il processo di attivazione e disattivazione delle proteine ​​è stato osservato in dettaglio da un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Dr. Klaus Gerwert del Dipartimento di Biofisica della Ruhr-Universität Bochum (RUB); utilizzando una combinazione di metodi, il team ha confermato l'ipotesi che il partner di legame di Ras nella sua forma legata non contenga atomi di idrogeno nei gruppi fosfato. Il rinomato Journal of Biological Chemistry ha pubblicato il rapporto come storia di copertina il 16 marzo, 2018.

Possibili cause di cancro

Le proteine ​​Ras funzionano come piccoli interruttori:a seconda che siano legate con guanosina trifosfato (GTP) o con guanosina difosfato (GDP), sono accesi o spenti. Il legame GTP innesca complesse vie di segnalazione che portano al nucleo dove iniziano la divisione cellulare. Successivamente, Le proteine ​​Ras vengono disattivate separando un gruppo fosfato dalla molecola di guanosina trifosfato legata e generando guanosina difosfato.

Se questo processo è inibito, per esempio a causa di mutazioni nella proteina Ras, Ras rimane nel suo stato attivo, e la continua divisione delle cellule può portare alla formazione di un tumore. "Più del 30% di tutti i tumori porta una mutazione della proteina Ras, " spiega il dottor Daniel Mann del gruppo di ricerca. "Di conseguenza, la reazione di scissione del GTP a Ras è la chiave per comprendere molti tipi di cancro".

Quanti atomi di idrogeno?

Per comprendere le reazioni di scissione GTP in Ras, i ricercatori hanno bisogno di un'immagine precisa del punto di partenza, cioè devono sapere che aspetto ha il GTP legato a Ras. Ciò include la domanda se i tre gruppi fosfato della molecola GTP contengono atomi di idrogeno, poiché funzionano come acidi e, Per esempio, trasportano un atomo di idrogeno quando disciolto in acqua.

Però, per la maggior parte non è possibile misurare l'idrogeno direttamente utilizzando metodi convenzionali come la cristallografia a raggi X. C'è una notevole differenza tra le reazioni chimiche della scissione GTP con o senza idrogeno legato. È stato generalmente assunto che i gruppi fosfato di Ras legato a GTP siano privi di atomi di idrogeno. Questa ipotesi non si basa tuttavia su misurazioni dirette, ma sull'interpretazione dei cambiamenti negli spettri misurati dell'infrarosso e della risonanza magnetica nucleare.

Assunzione comune messa in dubbio

Recenti analisi di diffrazione neutronica dell'analogo GTP GppNHp hanno suscitato dubbi in questa ipotesi universalmente accettata. Nel processo, sono emerse prove che il GTP potrebbe contenere atomi di idrogeno, dopotutto. "Questo ha sfidato tutte le nozioni di scissione GTP fino ad oggi, " dice l'assistente professore Dr. Carsten Kötting.

Pellicole 3D con risoluzione subatomica

I ricercatori del RUB hanno effettuato ulteriori misurazioni, per registrare sia gli spettri infrarossi del GppNHp che si dispiega nella diffrazione di neutroni, sia gli spettri del GTP naturale in Ras. Così, è stato possibile fare un confronto diretto con la diffrazione di neutroni, nonché un confronto con un ambiente che somiglia a quello della cellula umana. "I dati a infrarossi misurati ci consentono di decodificare le reazioni molecolari alla massima risoluzione temporale e spaziale, ", elabora Klaus Gerwert. "Tuttavia, l'informazione è codificata negli spettri infrarossi ed è quindi difficile da interpretare."

I ricercatori di RUB implementano un processo per la decodifica che facilita il calcolo di dati sperimentali come spettri infrarossi e spettri di spin nucleare raccolti attraverso simulazioni accoppiate di meccanica quantistica/meccanica molecolare. "Se gli spettri calcolati corrispondono agli spettri misurati negli esperimenti, possiamo tradurre le figure che abbiamo misurato negli esperimenti in film tridimensionali, "dice Daniel Mann.

Ipotesi confermata

I film hanno una risoluzione inferiore a un decimo del diametro atomico. "Questi risultati precisi ci hanno permesso di determinare finalmente lo stato di protonazione accurato del GTP legato alle proteine ​​Ras:i gruppi fosfato GTP infatti non trasportano alcun atomo di idrogeno, " conclude Klaus Gerwert.