Scienziati del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) e dell'Università di Tokyo, Giappone, avere, per la prima volta, ha sintetizzato un nuovo canale ionico transmembrana artificiale modellato su un canale transmembrana trovato naturalmente coinvolto nella segnalazione dei neuroni, che risponde a stimoli sia chimici che elettrici. Date le sue proprietà complessive, questo canale artificiale apre le porte a nuove ricerche fondamentali sul trasporto cellulare e la segnalazione, nuove possibilità nello sviluppo di farmaci, e il potenziale per nuovi tipi di biosensori.

Un filo conduttore che tiene insieme il delicato equilibrio di un complesso sistema biologico è il canale ionico transmembrana. Questi sono supramolecolari, o multimolecola, percorsi di scambio di ioni e molecole incorporati all'interno delle membrane cellulari per garantire il trasporto chimico essenziale da e verso la cellula e facilitare la segnalazione cellulare.

Negli ultimi anni, biomolecole sintetiche che imitano le strutture e le funzioni dei canali ionici naturali hanno suscitato molto interesse tra i ricercatori di biologia molecolare come modelli per studiare i fondamenti di questi canali e forse, persino creando alternative ai farmaci o sviluppando biosensori avanzati.

Però, sebbene siano stati sviluppati diversi buoni canali ionici sintetici, la maggior parte di essi viene attivata tramite un solo stimolo e nessuno è ciò che gli scienziati chiamano "reattivo a doppio stimolo anisotropo, " o quelli che possono essere attivati ​​e controllati da due tipi specifici di stimoli dipendenti dall'orientamento distorto della struttura all'interno della membrana. Questo ha un ambito di ricerca limitato nel campo.

Ora, finalmente, un gruppo di scienziati della Tokyo Tech e dell'Università di Tokyo, Giappone, hanno sintetizzato con successo una biomolecola che assomiglia a un canale anisotropo naturale reattivo a due stimoli:il potenziale recettore transitorio melastatina 8 (TRPM8), che è alla base della trasmissione del segnale nei neuroni. Il loro canale si chiama VF e la loro svolta è pubblicata in Giornale della Società Chimica Americana .

La VF è una molecola anfifilica multiblocco (ha proprietà sia amante dell'acqua (idrofila) che amante dei grassi (lipofila)) che può assemblarsi per formare canali supramolecolari. Ciascuna unità in un blocco comprende una frazione organica lipofila/idrofoba con sei atomi di fluoruro che la posizionano all'interno del doppio strato lipidico della membrana cellulare e le conferiscono una polarità elettrica; un gruppo estere fosfato che assicura che la struttura sia sbilanciata nel suo orientamento (con il lato fosfato verso lo spazio extracellulare); e catene idrofile flessibili di glicole etilenico tra le unità idrofobe e alle estremità che contribuiscono alla risposta agli stimoli.

Gli studi degli scienziati su questa struttura hanno mostrato che manipolando le polarità e le ampiezze delle tensioni applicate, il canale potrebbe essere attivato. Prof. Kazushi Kinbara, scienziato capo della squadra, spiega:"Senza l'applicazione di una tensione, le unità idrofobiche di VF si respingono in modo tale da essere spazialmente separate l'una dall'altra e non formerebbero canali ionici transmembrana chiari e funzionali. Quando viene applicata una tensione con il vettore del campo elettrico antiparallelo alla polarità elettrica della VF, si verifica uno spostamento della distribuzione degli elettroni all'interno di FV, indebolendo la repulsione tra le unità idrofobe e migliorando il loro impilamento faccia a faccia. Ciò provoca cambiamenti conformazionali in tutta la molecola che portano alla formazione di canali supramolecolari che possono trasportare in modo efficiente gli ioni attraverso la membrana".

Gli scienziati hanno scoperto che il secondo stimolo aveva a che fare con il legame del ligando (R)-propranololo alla connessione tra gli esteri fosfato e le unità idrofobiche. Come spiega il Prof. Kinbara, "(R)-propranololo è un agente antiaritmico noto per bloccare i canali del sodio voltaggio-dipendenti. Inoltre, i nostri studi precedenti hanno indicato che interagisce con i gruppi estere fosfato e le unità aromatiche per localizzarsi all'interno del poro del canale e bloccare il trasporto ionico. Ecco perché l'abbiamo scelto per il nostro studio." La loro spettroscopia di risonanza magnetica nucleare ha rivelato il suo legame ai siti del fosfato, e che inibisce completamente il flusso di corrente e quindi l'attività del canale ionico della FV. La sua rimozione mediante l'aggiunta di β-ciclodestrina riattiva il canale. "Il legame reversibile del ligando come questo è la chiave per mantenere l'omeostasi all'interno del corpo attraverso la regolazione dei canali ionici transmembrana. L'orientamento altamente regolato della VF ha consentito questa risposta anisotropa a questa molecola di ligando, " Dice il Prof. Kinbara. "Con il nostro successo in questo studio, ora c'è un grande potenziale per rilevare e manipolare vari eventi biologicamente importanti".

Infatti, con la sintesi di VF, adatto agli ambienti cellulari variabili ubiquitari nei sistemi biologici, forse, emergono nuove possibilità di ricerca nel campo della biologia molecolare.