Lasciarsi e tornare insieme è sempre difficile da fare, ma per le proteine è quasi impossibile.

Però, un algoritmo guidato dal computer può aiutare gli scienziati a trovare il punto giusto per dividere una proteina e poi riassemblarla in funzione, secondo un team di biochimici e biofisici che riportano le loro scoperte oggi (2 ottobre) in Comunicazioni sulla natura . Aggiungono che questo potrebbe essere un altro passo, forse anche un passo di danza, verso l'utilizzo di segnali chimici e luminosi per creare nuovi trattamenti medici e biosensori.

"Il mio laboratorio è interessato a studiare il modo in cui funziona la vita cellulare prendendo di mira gli attori molecolari, come proteine ​​e RNA, e in questa misura, abbiamo sviluppato strumenti per controllare quei giocatori, " ha detto Nikolay V. Dokholyan, G. Tommaso Passananti Professore, Penn State College of Medicine.

"Vogliamo che queste proteine ​​rispondano con determinate attività basate sui segnali luminosi - optogenetici - o chimici - chemogenetici - che forniamo. E, così, semplicemente accendendo una luce o aggiungendo una sostanza chimica, la cellula inizia a muoversi, o ballare, o qualunque cosa vogliamo che facciano, in base alla proteina che stiamo controllando."

proteine, che sono piegati in complesse strutture 3D che assomigliano un po' a caramelle a nastro molecolari, svolgono ruoli in molti dei processi più importanti del corpo, compresa la comunicazione tra le cellule, costruire DNA e creare anticorpi.

Nel passato, i ricercatori hanno scoperto che potevano dividere le proteine ​​usando segnali luminosi e chimici, ma trovare il punto preciso per fare la scissione era una questione di tentativi ed errori, che non sarebbe pratico per i trattamenti medici reali e le procedure scientifiche.

Il processo per dividere una proteina è un po' come dividere una mela, ma quando le persone dividono le mele di solito non hanno alcuna intenzione di rimontare i pezzi in una mela sana, disse Onur Dagliyan, assegnista di ricerca in neurobiologia, Facoltà di Medicina di Harvard. Dagliyan ha lavorato con Dokholyan e Klaus M. Hahn, Thurman Distinguished Professor di Farmacologia, Università della Carolina del Nord-Chapel Hill, sullo studio.

"In questo particolare lavoro, abbiamo cercato di stabilire principi di progettazione su come si può guardare la struttura, o sequenza di una proteina e identificare i siti che consentono questa scissione e riassemblaggio, " disse Dagliyan.

Per trovare i migliori siti per le suddivisioni proteiche, i ricercatori hanno analizzato come diverse proteine ​​sono state divise in passato e hanno usato quei dati per creare un modello matematico della struttura della proteina, o modello di punteggio fisico. Il modello, poi, ha dato ai ricercatori la possibilità di trovare i punti che avevano le migliori probabilità per una divisione di successo.

I ricercatori hanno utilizzato l'algoritmo per identificare i siti divisi su un numero di proteine, compresa la tirosina chinasi Lyn, inibitore della dissociazione nucleotidica della guanosina e fattore di scambio della guanina.

La capacità di dividere le proteine, e quindi renderle di nuovo funzionali, potrebbe avere implicazioni di vasta portata, secondo i ricercatori. Il gruppo, Per esempio, potrebbe vedere usi futuri di questa tecnica in terapie come la terapia con cellule T CAR. Nella terapia con cellule T CAR, i medici prelevano le cellule immunitarie dei pazienti dal loro corpo e le modificano per uccidere le cellule anormali, come le cellule cancerose. I medici quindi reiniettano queste cellule modificate nei pazienti.

"Se vogliamo fornire qualcosa, una cellula ingegnerizzata, o cellula staminale, o cellula batterica ingegnerizzata, per esempio, a un corpo per scopi terapeutici, potremmo non volere che siano sempre attivi, " disse Dagliyan. "Vuoi spegnerli e accenderli, e le persone nel campo stanno cercando di trovare modi per controllare quelle proteine, solo per poter controllare quelle cellule. Così, questa è una possibilità che potrebbe essere presa in considerazione."

Dagliyan ha aggiunto che il processo potrebbe essere utilizzato per collegare biosensori a proteine ​​che potrebbero quindi essere utilizzate per aiutare a identificare non solo il comportamento di una proteina, ma come funzionano le reti di proteine.

La scissione delle proteine ​​sarebbe un altro strumento per i ricercatori medici, disse Dokholyan, il quale ha aggiunto che il suo laboratorio ha contribuito a sviluppare la segnalazione optogenetica e comogenetica di individui e gruppi di proteine.

I ricercatori hanno pubblicato il programma online su spell.dokhlab.org.

"Questo è uno strumento che fondamentalmente automatizza il processo, in modo che non ci aiuti a controllare solo una proteina in questo modo, ma diventerà un'intera piattaforma e questa piattaforma è ora disponibile per gli scienziati di tutto il mondo, ", ha detto Dokholyan.