Il design delle proteine ​​è un campo popolare e in rapida crescita, con gli scienziati che progettano nuove gabbie proteiche, nanostrutture simili a capsule per scopi come la terapia genica e la somministrazione mirata di farmaci. Molte di queste strutture modellate in laboratorio, mentre forse esteticamente gradevole ai chimici, hanno buchi troppo grandi per intrappolare una molecola bersaglio o non si aprono a comando, limitandone la portata funzionale.

Ma i nuovi risultati della ricerca, dal professore di chimica e biochimica della UC San Diego Akif Tezcan, offrono un'architettura proteica con piccoli fori, "pori" in gergo chimico. Le scoperte, pubblicato in Natura , spingere i confini della progettazione di proteine ​​sintetiche oltre ciò che è considerato lo stato dell'arte.

"Se le molecole possono andare avanti e indietro liberamente attraverso questi fori, non sarai in grado di conservare piccole cose all'interno, " ha spiegato Tezcan. "Le gabbie proteiche che le persone hanno progettato prima hanno la giusta forma e simmetria, ma sono per lo più come le palle Wiffle, non isolano necessariamente l'interno dall'esterno".

Adattando la superficie di piccoli blocchi proteici con più siti di legame al metallo, Il team di Tezcan ha sviluppato una nuova gabbia proteica con piccoli pori che intrappolano saldamente le molecole all'interno.

"Questo progetto è un'aggiunta significativa al campo perché dimostra che il design minimale può essere utilizzato per generare moduli, gabbie proteiche responsabili degli stimoli che si avvicinano alla complessità dei sistemi naturalmente evoluti, " ha detto il co-autore Rohit Subramanian, uno studente laureato al Tezcan Lab.

Inoltre, la nuova struttura può essere aperta tramite chimica, termico o redox (trasferimento di elettroni tra un insieme di atomi, molecole o ioni con la stessa formula chimica) reazioni. Secondo Tezcan, il team di ricerca dell'UC San Diego era situato in posizione ideale per creare il nuovo design della gabbia proteica con le sue intuizioni sulla chimica inorganica, in particolare la chimica di coordinazione dei metalli, che ha fatto la differenza.

Il primo autore del saggio, intitolato "Costruire poliedri proteici tramite interazioni chimiche ortogonali, " è Eyal Golub, un ex borsista post-dottorato nel Tezcan Lab che ha ideato il progetto ed eseguito molti degli esperimenti.

"Nel valutare i nostri progetti, abbiamo scoperto che uno ha portato alla formazione di una gabbia di sei proteine ​​invece della gabbia di 12 proteine ​​che ci aspettavamo, " ha detto Golub. "Questo risultato è stato particolarmente importante per il progetto perché ha dimostrato un'adattabilità che ha permesso diversi tipi di simmetrie di gabbia utilizzando lo stesso ponteggio di progettazione".

Poiché le gabbie proteiche sono strettamente interconnesse, forme poliedriche, come un pallone da calcio, la loro costruzione da blocchi di costruzione più semplici deve soddisfare rigorosi requisiti di simmetria. Altri progettisti hanno ampiamente evitato questa sfida utilizzando blocchi di proteine ​​con simmetrie intrinseche, collegandoli tramite interazioni relativamente forti. Queste strategie, però, portano ad architetture altamente porose che non possono aprirsi e chiudersi come fanno le gabbie proteiche naturali. virus, Per esempio, sono esempi di gabbie proteiche in natura. Contengono carichi genetici al loro interno e li consegnano alle cellule ospiti che infettano. La nuova strategia dei ricercatori dell'UC San Diego ha permesso loro di disporre i blocchi di costruzione in orientamenti precisi e simmetrie adeguate per costruire gabbie proteiche controllando anche la loro dinamica tramite gli ioni metallici.

Il documento include anche visualizzazioni dettagliate della gabbia proteica rese possibili dalle collaborazioni con il professor Tim Baker e il suo gruppo nella Divisione di scienze biologiche della UC San Diego, Sezione di Biologia Molecolare, con le strutture di cristallografia e Cryo-EM (microscopia crioelettronica) dell'UC San Diego.

"Sapevamo di aver bisogno di tecniche diverse per comprendere le strutture delle nostre gabbie proteiche, " ha detto Tezcan. "Alla UC San Diego, c'è sempre qualcuno che ha le competenze per aiutarti, qualcuno disposto a collaborare e ad insegnarci come farlo."

Per quanto riguarda il passaggio successivo, Tezcan ha detto che c'è più sviluppo da fare.

"Possiamo fare gabbie più grandi, possiamo incapsulare carichi più grandi, possiamo effettivamente consegnarlo nelle cellule? Ma siamo più entusiasti dell'aspetto fondamentale e interdisciplinare di questo progetto, che mostra il potere della semplice intuizione chimica nell'affrontare un complesso puzzle biologico, " Egli ha detto.