Le proteine ​​sono le api operaie della cellula, principalmente raggruppandosi per formare macromolecolari, complessi multicomponenti per svolgere compiti cellulari complessi.

Cercare di caratterizzare tali complessi proteici e tutte le loro funzioni all'interno degli organismi è una disciplina chiamata "proteomica". Storicamente, gli scienziati hanno studiato la forma e la funzione delle proteine ​​dissolvendole con enzimi e sequenziando i minuscoli pezzi rotti risultanti, chiamati peptidi. Ma studiare le proteine ​​in questo modo provoca la perdita di molte informazioni essenziali, dice Brandon Ruotolo, professore associato di chimica all'Università del Michigan.

Ruotolo e la sua squadra, compresi i ricercatori dell'UCLA, Università di Leeds e Università di Anversa, hanno sviluppato un nuovo modo per studiare i complessi proteici che non comporta la distruzione degli assemblaggi intatti nel processo. Il loro metodo è stato pubblicato sulla rivista Chimica analitica .

"Le proteine ​​sono i principali motori di quasi tutti i processi cellulari critici, dalla divisione cellulare alla morte cellulare, " Ruotolo ha detto. "Dominano anche i bersagli dei farmaci a causa della loro importanza centrale nel contesto della vita come la conosciamo. Capire come funzionano queste proteine, compositivamente, a un livello molto elementare, è molto importante per capire come funzionano le malattie".

Sia l'approccio tradizionale che il metodo di Ruotolo utilizzano un dispositivo chiamato spettrometro di massa, che misura il peso, o massa, di molecole ionizzate trascinando le molecole nel vuoto. Nell'approccio tradizionale, dopo che gli scienziati hanno scomposto i complessi proteici in peptidi, usano una tecnologia chiamata ionizzazione elettrospray per dare a quei peptidi una carica elettrica. Lo spettrometro di massa quindi misura la massa di questi peptidi carichi, e li scompone ulteriormente utilizzando un gas di fondo.

Ma usare gli enzimi per digerire le proteine ​​rende difficile capire il ruolo delle entità chimiche più piccole che si accumulano sulle proteine, chiamate modificazioni post-traduzionali. Ogni volta che la tua cellula esprime una proteina, può anche produrre centinaia di questi singoli stati di modifica post-traduzionali, collettivamente denominate proteoforme, dice Ruotolo.

È la disposizione di queste proteoforme all'interno di complessi proteici che spesso determina la loro funzione. Negli approcci tradizionali allo studio dei complessi proteici, queste proteoforme sono perse.

"I principali motori e agitatori nella cellula non sono singole proteine ​​che corrono in giro facendo lavori, sono in realtà dozzine di proteine ​​che si uniscono per formare complessi super-molecolari che svolgono lavori molto complicati nella cellula, — disse Ruotolo. — Ora, il vero compito è capire come funzionano queste grandi macchine."

Il team di Ruotolo utilizza la ionizzazione elettrospray per ionizzare i complessi proteici intatti. Come i peptidi tipicamente analizzati negli studi di proteomica, questi complessi multiproteici possono essere sequenziati da uno spettrometro di massa, ma spesso non è possibile sequenziare qualcosa di più di una piccola frazione della struttura dell'assieme. Il team di Ruotolo ha sviluppato una strategia di modificazione chimica che migliora significativamente la capacità di sequenziare grandi, complessi multiproteici direttamente mediante spettrometria di massa.

"Questo è importante perché nello spettrometro di massa, hai connettività tra la proteoforma di partenza e gli ioni della sequenza, — disse Ruotolo. — Nella digestione enzimatica, che la connettività è interrotta."

Nel suo studio, Il team di Ruotolo ha sviluppato il proprio metodo utilizzando tre diversi complessi proteici. Sperano di adattare il loro metodo per poter studiare complessi proteici più grandi, molte volte la dimensione di quelli nel loro studio.

"Penso che impariamo ogni giorno che anche una classe di tumori, come la leucemia, è in realtà composto da molte malattie diverse, " Ruotolo ha detto. "I tipi di misurazioni che stiamo sviluppando non faranno che aumentare la nostra capacità di osservare quella granularità e fornire informazioni che si spera possano informare la capacità di scoprire nuove terapie".

Il gruppo ha anche pubblicato un documento in Chimica analitica software di dettaglio, che è stato sviluppato in collaborazione con i ricercatori del Dipartimento di Medicina Computazionale e Bioinformatica dell'U-M. Il software è in grado di acquisire rapidamente informazioni sulla sequenza da complessi proteici.