Astratto grafico. Credito:Tokyo Tech
Ogni giorno, nel nostro corpo si verificano milioni di processi biologici a livello cellulare. Lo studio di questi processi può aiutarci a saperne di più su come funzionano le cellule, un campo che ha continuato a incuriosire i ricercatori. Di recente, tuttavia, c'è stato un nuovo attore in questo campo. Un nuovo metodo analitico, il rilevamento di una singola molecola, ha guadagnato slancio grazie al suo successo nell'osservazione di molecole specifiche e biologicamente rilevanti e dei processi ad esse associati.
Gli scienziati hanno provato a utilizzare i test di rilevamento di singole molecole per studiare le proteine e le loro modifiche post-traduzionali (PTM). I PTM sono cambiamenti enzimatici osservati dopo la sintesi proteica, in cui i gruppi funzionali vengono aggiunti agli amminoacidi nella proteina, consentendole di svolgere una funzione specifica.
Lo studio dei PTM può aiutarci a comprendere la segnalazione cellulare e l'origine di diverse malattie. Tuttavia, i test che mirano a farlo devono essere altamente selettivi e specifici per quella proteina. Data la mancanza di sensibilità delle attuali tecniche, ottenere misurazioni PTM a singola molecola è difficile.
Recentemente, i ricercatori del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) hanno trovato un modo "elettrizzante" per superare questi limiti. Nella loro recente svolta, pubblicata nel Journal of the American Chemical Society , un team di scienziati guidato dal Professore Associato Tomoaki Nishino della Tokyo Tech ha riportato il rilevamento di una singola molecola della fosforilazione nei peptidi, brevi catene di amminoacidi, e la formazione di una giunzione ortofosfato con l'aiuto di firme elettroniche.
Il Dr. Nishino spiega:"Abbiamo scelto la fosforilazione peptidica, un PTM archetipico e biologicamente rilevante, per i nostri studi di rilevamento. L'obiettivo era sviluppare uno strumento in grado di rilevare anche la minima alterazione nella struttura chimica degli amminoacidi".
Per cominciare, il team ha studiato le proprietà elettroniche dei peptidi fosforilati utilizzando il loro analogo inorganico, l'acido ortofosforico (H3 PO4 ). Hanno preparato una soluzione di fosfato (PO4 3- ) e lo ha sottoposto a una tecnica di break-junction (BJ) assistita da microscopio a scansione tunnel (STM). Quando la corrente è stata fatta passare tra due elettrodi STM d'oro, si è scoperto che un gruppo ortofosfato colma il nanogap tra gli elettrodi formando una giunzione stabile a causa dell'interazione dei suoi atomi di ossigeno caricati negativamente con l'oro. È stato questo incrocio e la sua firma a guidare ulteriori esperimenti.
È stato riscontrato che la singola giunzione ortofosfato possiede un'elevata conduttanza di 0,4 G0 e proprietà elettroniche distinte, l'ultima delle quali ha consentito a questa procedura di essere altamente specifica e di rilevare accuratamente il PTM in questione (cioè, fosforilazione). Per testare ulteriormente la loro tecnica, il team ha effettuato saggi di fosforilazione in situ di una singola molecola, dove sono stati in grado di differenziare tra peptidi fosforilati e non fosforilati con una precisione del 95% e una specificità del 91%.
Il metodo dimostrato in questo studio fornisce una prospettiva imprevista nel mondo dei PTM nelle proteine. Questa nuova tecnica aprirà anche nuove strade per l'uso del rilevamento di singole molecole di PTM nella diagnosi clinica e nelle applicazioni farmaceutiche.
"Esiste una forte connessione tra la fosforilazione delle proteine e la patogenesi di un'ampia gamma di malattie. Il nostro metodo consentirà agli scienziati di districare il modo in cui la fosforilazione regola gli eventi cellulari che portano all'origine di una malattia e quindi aiuta nello sviluppo di trattamenti". conclude il dottor Nishino. + Esplora ulteriormente
