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I ricercatori determinano la struttura e la dinamica delle proteine usando la spettroscopia NMR (Risonanza Magnetica Nucleare). Finora, tuttavia, per le misurazioni in vitro delle biomolecole in soluzione erano necessarie concentrazioni molto più elevate di quelle che si trovano nelle cellule del nostro corpo. Un metodo NMR potenziato da un amplificatore molto potente, in combinazione con la simulazione della dinamica molecolare, ora ne consente il rilevamento e la caratterizzazione accurata a concentrazioni fisiologiche. Lo riportano il chimico Dennis Kurzbach dell'Università di Vienna e i suoi colleghi sulla rivista Science Advances . Il team ha dimostrato il loro nuovo metodo con l'esempio di una proteina che influenza la proliferazione cellulare e quindi anche la potenziale crescita del tumore.
Attualmente, la spettroscopia NMR è l'unico metodo che consente una descrizione completa della struttura atomica delle biomacromolecole nel loro stato di soluzione nativa. Tuttavia, a causa della sensibilità intrinsecamente bassa del metodo, i campioni devono contenere molte più molecole per volume di quelle fisiologicamente comuni. Per superare questa discrepanza, l'iperpolarizzazione (più precisamente mediante la polarizzazione nucleare dinamica di dissoluzione) può essere utilizzata per ottenere un'amplificazione del segnale di 1.000 volte nelle misurazioni NMR.
Chitarra elettronica contro NMR:stesso principio
"La spettroscopia ha alcune somiglianze con una chitarra elettrica:se l'amplificatore è troppo debole, sentirai molto poco se non colpisci le corde con forza", dice Dennis Kurzbach dell'Institute of Biological Chemistry, "il che significa che hai bisogno di molto materiale per vedere un segnale NMR. Con il nuovo amplificatore di iperpolarizzazione ora puoi vedere qualcosa anche a bassa concentrazione."
I ricercatori sono riusciti a misurare le biomolecole a concentrazioni fino a 1 micromole/litro (cioè un milionesimo dei livelli di concentrazione abituali). La concentrazione si avvicina così a quella delle nostre cellule. Questo è importante perché le proteine possono reagire a concentrazioni innaturalmente elevate. Non fanno più quello che dovrebbero e improvvisamente si comportano in modo diverso.
Inoltre, una misurazione della polarizzazione nucleare dinamica di dissoluzione fornisce tipicamente spettri unidimensionali, che limitano le informazioni ottenute. Per descrivere le proteine in modo completo in condizioni di concentrazione naturale, i ricercatori hanno utilizzato simulazioni di dinamica molecolare:"Siamo stati anche in grado di estrapolare l'impronta digitale che abbiamo ottenuto dalla nostra molecola tramite NMR al suo 'intero corpo', cioè alla sua struttura multidimensionale", afferma Kurzbach.
Descritta una significativa proteina MAX
Il valore di questo progresso metodologico è dimostrato utilizzando l'onnipresente fattore di trascrizione MAX. This protein can self-associate with various other proteins (i.e. protein dimerization). For example, MYC-MAX dimers have a great influence on the DNA copying processes in the cell.
With the new methods, MAX has been shown to adopt an undocumented conformation when concentrations approach physiological levels. "The folding spectrum of MAX is of crucial importance for working together with MYC and thus for the proliferation of healthy as well as diseased cells in the body," said ERC grantee Dennis Kurzbach, who is also deputy head of the Core Facility NMR at the Faculty of Chemistry.
The new method can help to better understand the process of cell proliferation to tumor growth and thus elucidate basic mechanisms for cancer development. This is just one of many potential fields of application for the new method—after all, thousands of proteins in our cells perform a wide variety of tasks, including digestion and regulation of DNA and RNA. + Esplora ulteriormente
