Per la prima volta, scienziati hanno creato, interamente da zero, una proteina in grado di legarsi a una piccola molecola bersaglio. I ricercatori della School of Medicine dell'Università di Washington riportano l'avanzamento nel numero del 12 settembre della rivista Natura .

In precedenza, tali proteine ​​leganti piccole molecole sono state prodotte alterando proteine ​​già esistenti in natura. Questo approccio limitava notevolmente le possibilità. La capacità di produrre tali proteine ​​da zero, o "de novo, " apre la strada agli scienziati per creare proteine ​​diverse da quelle presenti in natura. Queste proteine ​​possono essere progettate su misura con alta precisione e affinità per legarsi e agire su specifici bersagli di piccole molecole.

Gli autori principali dell'articolo sono Jiayi Dou e Anastassia A. Vorobieva, entrambi senior fellow nel laboratorio dell'autore senior David Baker, professore di biochimica presso la UW School of Medicine e direttore dell'Institute of Protein Design presso la UW Medicine. Baker è anche un investigatore presso l'Howard Hughes Medical Institute.

La tecnica dovrebbe avere ampia applicazione nella ricerca, medicina e industria, secondo Baker.

"Il successo della progettazione de novo di proteine ​​personalizzate con attività di legame di piccole molecole pone le basi per la creazione di proteine ​​leganti sempre più sofisticate che non avranno i limiti visti con le proteine ​​che sono state progettate alterando le strutture proteiche esistenti, " Lui ha spiegato.

Per fare la proteina, i ricercatori hanno dovuto realizzare un altro prima:creare da zero una proteina a forma di cilindro chiamata beta-barile. La struttura beta-barile era ideale perché un'estremità del cilindro poteva essere progettata per stabilizzare la proteina, mentre l'altra estremità potrebbe essere utilizzata per creare una cavità che può fungere da sito di legame per la molecola bersaglio.

Le proteine ​​sono costituite da lunghe catene di amminoacidi. Una volta sintetizzato, queste catene si piegano in forme precise che consentono alle proteine ​​di svolgere le loro funzioni. Le forme che assumono queste catene sono tipicamente incredibilmente contorte, ma spesso si verificano due caratteristiche regolari:alfa-eliche, che si formano quando la catena dei tratti si snoda attorno ad un asse centrale, e strutture lastriformi, chiamati fogli beta.

I fogli beta si formano quando due o più sezioni di parti diverse della catena di amminoacidi, a causa della piegatura, correre fianco a fianco nello spazio 3D. Queste sezioni sono "cucite insieme" da legami idrogeno, creando una struttura simile a un foglio. Questi fogli beta, a sua volta, può assemblare in strutture a botte, chiamati beta-barili. In natura, le proteine ​​beta-barili legano un'ampia gamma di piccole molecole.

Per progettare la nuova proteina, Dou e Vorobieva hanno utilizzato una piattaforma software, sviluppato nel laboratorio Baker, chiamato Rosetta. Può prevedere quale forma assumerà una particolare catena di amminoacidi dopo la sintesi e può dire come il cambiamento di singoli amminoacidi lungo la catena possa alterare quella forma. Questo potere predittivo rende possibile testare diverse combinazioni di amminoacidi per progettare una proteina con la forma e la funzione desiderate.

Per creare la cavità, i ricercatori hanno utilizzato un nuovo potente algoritmo di docking, chiamato "Rotamer Interaction Field" (RIF), sviluppato da William Sheffler, un ricercatore senior nel laboratorio Baker. RIF identifica rapidamente tutte le potenziali strutture di cavità che soddisfano i prerequisiti per il legame di molecole specifiche.

Dotato dei nuovi metodi di aggancio RIF, dou, Vorobieva e Sheffler hanno progettato i barili beta per legare un composto chiamato DFHBI, un componente simile a quello che si trova all'interno della proteina fluorescente verde, che emette fluorescenza quando esposto a determinate frequenze di luce. La proteina fluorescente verde viene utilizzata abitualmente nella ricerca biologica per localizzare molecole e strutture all'interno di organismi viventi e per tracciare il loro movimento.

Nella loro carta, il ricercatore ha dimostrato che la loro proteina progettata su misura si legava avidamente e attivava il composto DFHBI.

"Ha funzionato nei batteri, lievito e cellule di mammifero, " disse Dou, "ed essere la metà delle dimensioni della proteina fluorescente verde dovrebbe essere molto utile per i ricercatori".

Baker ha affermato che l'approccio consentirà ai ricercatori di esplorare un insieme effettivamente illimitato di strutture dorsali con forme personalizzate per legare la molecola di interesse.

"Ugualmente importante, " Ha aggiunto, "fa avanzare notevolmente la nostra comprensione dei determinanti del ripiegamento e del legame delle proteine ​​​​oltre a ciò che abbiamo appreso dalla descrizione delle strutture proteiche esistenti".