La molecola più abbondante nelle membrane cellulari è la fosfatidilcolina lipidica (PC, comunemente noto come lecitina); di conseguenza, gli enzimi responsabili della sua sintesi sono essenziali. Ricerca pubblicata nel numero del 4 maggio del Journal of Biological Chemistry ha utilizzato simulazioni al computer per ottenere informazioni su come uno di questi enzimi attiva e interrompe la produzione di PC. Questi risultati potrebbero aiutare i ricercatori a capire perché piccoli cambiamenti in questo enzima possono portare a condizioni come cecità e nanismo.

Rosemary Cornell, professore di biologia molecolare e biochimica alla Simon Fraser University in Canada, studia l'enzima CTP:fosfocolina citidililtransferasi, o CCT. CCT imposta il tasso di produzione di PC nelle cellule legandosi alle membrane cellulari con un basso contenuto di PC. Quando legato alle membrane, l'enzima CCT cambia forma in modo da consentirgli di svolgere la fase chiave limitante la velocità nella sintesi del PC. Quando la quantità di PC che compone la membrana aumenta, il CCT cade dalla membrana, e la produzione di PC cessa.

"La membrana è questa grande matrice macromolecolare con molte molecole diverse al suo interno, " ha detto Cornell. "Come fa questo enzima a riconoscere che 'Oh, Dovrei rallentare perché il contenuto di PC della membrana sta diventando troppo alto?'"

Cornell e il suo team di progetto - una collaborazione con Peter Tieleman e studente laureato, Mohsen Ramezanpour dell'Università di Calgary e Jaeyong Lee e Svetla Taneva, ricercatori associati alla SFU - pensavano che la risposta dovesse avere a che fare con i cambiamenti dinamici di forma che l'enzima subisce quando si lega a una membrana. Ma questi cambiamenti sono difficili da catturare con i tradizionali metodi di biologia strutturale come la cristallografia a raggi X, che scattano un'istantanea statica delle molecole. Anziché, il team ha utilizzato simulazioni computazionali della dinamica molecolare, che utilizzano informazioni sulle forze tra ogni singolo atomo in una molecola per calcolare le traiettorie delle parti mobili dell'enzima.

"Quello che sembra (quando visualizzi l'output) è la tua grande molecola che balla davanti ai tuoi occhi, " ha detto Cornell. "Abbiamo impostato la simulazione di dinamica molecolare non una volta, non due volte, ma 40 diversi (volte). Ci sono voluti mesi e mesi solo per fare le parti computazionali e ancora più mesi per cercare di analizzare i dati in seguito. In realtà abbiamo trascorso molto tempo una volta ottenuti i dati semplicemente guardando sullo schermo queste molecole danzanti".

La danza simulata della molecola CCT ha mostrato che quando il dominio M, la sezione dell'enzima che tipicamente si lega alla membrana, si stacca da una membrana, afferra il sito attivo dell'enzima, impedendogli di compiere la sua reazione. Quando il segmento di sbavatura è stato rimosso dalla simulazione, il team ha visto un drammatico movimento di flessione nel sito di attracco per l'elemento impigliante, e ipotizzò che questa flessione avrebbe creato un sito attivo dell'enzima migliore per catalizzare la reazione quando attaccato a una membrana. Il team ha confermato questi meccanismi utilizzando esperimenti di laboratorio biochimici.

interessante, precedenti studi genetici avevano dimostrato che le mutazioni nel gene che codifica per la CCT sono responsabili di condizioni rare come la displasia spondilometafisaria con distrofia dei coni, che causa gravi danni alla crescita ossea e alla vista, ma non si sapeva come questi cambiamenti nell'enzima potessero portare a conseguenze così drammatiche. Cornell spera che capire come funziona l'enzima possa aiutare i ricercatori a scoprirlo.

"Se hai solo un piccolo cambiamento in CCT, allora in che modo questo renderà difettoso l'intero processo di sintesi del PC?" chiede Cornell. "È quello che stiamo studiando proprio ora."