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Un nuovo peptide sviluppato presso le Università di Bayreuth e Bristol è particolarmente adatto per il trasporto mirato di molecole, ad esempio di sostanze attive e coloranti, nelle cellule dei mammiferi. Il peptide è caratterizzato da una duplice funzione:può entrare nella cellula dall'esterno e interagire lì con un peptide partner. Il peptide partner deve essere stato precedentemente posizionato all'interno della cellula esattamente dove le molecole trasportate devono avere effetto. Il sistema di trasporto presentato sulla rivista Nature Chemical Biology esemplifica il potenziale promettente di un design de novo di peptidi e proteine.
Negli ultimi anni, la biomedicina e la farmacologia hanno sviluppato un gran numero di sostanze attive in grado di innescare, potenziare o inibire processi nelle cellule dei mammiferi. Tuttavia, il trasporto di queste sostanze esattamente dove sono richieste è ancora una sfida in molti casi. La situazione è simile quando si tratta di contrassegnare con il colore alcune strutture all'interno delle cellule per scopi di ricerca o diagnostici. È vero che le cellule dei mammiferi hanno la capacità di incorporare sostanze estranee attraverso l'endocitosi. Ma questo non garantisce in alcun modo il trasporto nel luogo di azione desiderato. Un nuovo approccio di ricerca che la biochimica di Bayreuth Prof. Dr. Birte Höcker sta portando avanti con il suo gruppo di ricerca è la progettazione razionale dei peptidi. Questi dovrebbero essere in grado di penetrare all'interno della cellula dall'esterno e portare con sé sostanze attive attaccate o molecole coloranti. I peptidi adatti a questo scopo sono piuttosto piccoli in quanto solitamente sono costituiti da meno di 30 aminoacidi.
Finora, tuttavia, il problema è stato che tali peptidi, proprio per la loro semplicità e le ridotte dimensioni, non offrono molte possibili applicazioni. Questo perché ci sono solo poche aree nelle diverse strutture dell'interno della cellula dove possono attraccare e fornire le molecole che trasportano. Questo svantaggio è stato superato dal peptide sviluppato a Bayreuth e Bristol. È un peptide basico ad alto contenuto di aminoacidi arginina, e possiede due componenti essenziali per la sua funzionalità. Uno consente al peptide di entrare all'interno della cellula e l'altro è in grado di interagire con un peptide partner acido. Questo peptide partner è tale da poter essere collocato in posizioni molto diverse all'interno della cellula utilizzando metodi biochimici consolidati. Una volta che le proteine, i complessi molecolari più grandi o gli organelli sono stati etichettati con il peptide partner, possono essere presi di mira dal peptide di base che è entrato nella cellula. Come una chiave in una serratura, il peptide di base si aggancia al peptide acido. Il posizionamento mirato del peptide partner acido si ottiene accoppiandolo con molecole che a loro volta vengono introdotte nel DNA della cellula mediante trasfezione.
Il team di ricerca anglo-tedesco ha progettato i due peptidi de novo precedentemente sconosciuti utilizzando metodi di progettazione di proteine assistite da computer. La base di questo lavoro erano peptidi con una struttura a spirale, che sono stati descritti in un database di strutture. I peptidi progettati al computer sono stati poi sintetizzati in laboratorio. Qui, i metodi biofisici e la cristallografia a raggi X sono stati utilizzati per identificare le proprietà reali e il comportamento dei peptidi. Esperimenti con batteri E. coli e cellule eucariotiche hanno rivelato che il nuovo sistema peptidico è adatto anche per il trasporto di altri peptidi e proteine.
"Our investigations exemplify how the computational design of peptides and proteins, their subsequent synthesis and characterization in the laboratory, as well as testing in living cells can intertwine when innovative solutions for biochemical or biomedical questions are being sought," says Prof. Dr. Birte Höcker, head of the Protein Design Group at the University of Bayreuth and corresponding author of the new study.
"The new peptide system makes it clear that de novo design is a promising research approach in the search for methods that enable drug or dye molecules to be introduced into mammalian cells in a targeted and gentle manner," adds Dr. Guto Rhys, postdoc at the Protein Design research group and one of the three first authors. + Esplora ulteriormente
