Figura 1:Il processo di piegatura di un trasportatore di glucosio utilizzando una pinzetta magnetica. Per prima cosa viene applicata una forza elevata per svolgere completamente la proteina. La forza applicata viene quindi abbassata consentendo di osservare il processo di piegatura. Nella foto, una porzione del trasportatore del glucosio può essere vista piegata per formare una struttura ed entrare nella bicella (di colore blu). Questo processo di piegatura non si verifica spesso senza l'assistenza esterna, quindi questo processo viene realizzato con l'aiuto dell'ambiente della membrana circostante e dei complessi proteici come l'EMC. Credito:Università Nazionale di Seoul
Le cellule sono compartimentate dalle membrane e le proteine presenti in queste membrane svolgono un ruolo importante nel trasporto delle informazioni cellulari. Affinché si verifichi il corretto funzionamento di queste proteine, è necessario formare una struttura proteica terziaria attraverso il corretto processo di ripiegamento. In uno studio pubblicato su Nature Chemical Biology , il processo di ripiegamento di un trasportatore del glucosio, una complessa proteina di membrana, è stato identificato per la prima volta utilizzando pinzette magnetiche a singola molecola.
Utilizzando il complesso proteico di membrana del reticolo endoplasmatico (ER) (EMC) e una molecola lipidica con una struttura specifica, il percorso di ripiegamento di un trasportatore del glucosio è stato completamente chiarito in un ambiente fisiologico. Attraverso la bioinformatica, è stato anche scoperto che la capacità di formare strutture della proteina di membrana e la sua capacità di trasportare il glucosio dovevano aver raggiunto un equilibrio nel corso della sua storia evolutiva.
Sebbene le strutture di molte proteine di membrana, inclusi i trasportatori del glucosio, siano già state rivelate attraverso recenti progressi nella biologia strutturale come la microscopia crioelettronica, il percorso di ripiegamento in cui si formano le strutture di queste proteine di membrana rimane quasi completamente sconosciuto. Nel 2019, il team di ricerca ha riportato in Scienza che i percorsi di ripiegamento delle proteine di membrana possono essere rivelati utilizzando pinzette magnetiche, segnando la prima volta al mondo che è stato rivelato il percorso di ripiegamento di una proteina di membrana.
Figura 2:diagramma schematico delle pinzette magnetiche e il percorso di piegatura di un trasportatore di glucosio. La sinistra mostra l'applicazione della forza al trasportatore del glucosio utilizzando una pinzetta magnetica. Bicelle composte da varie molecole lipidiche sono state fornite per fornire un ambiente necessario per il funzionamento delle proteine di membrana. Inoltre, sono stati aggiunti EMC per aiutare a formare la corretta struttura proteica terziaria. Quando la sfera magnetica viene attirata verso il magnete permanente, viene applicata una tensione alla stringa di DNA collegata alla proteina e una forza costante viene applicata alla proteina stessa. Attraverso questo esperimento, è stato rivelato il percorso di piegatura del trasportatore del glucosio come mostrato sul lato destro della figura. Nello stato completamente dispiegato delle singole proteine dell'elica, il dominio N vicino all'N-terminale viene prima piegato per ottenere la capacità di formare la struttura della proteina. Quindi, con l'aiuto dell'EMC e di una molecola lipidica di forma unica, le pieghe del dominio C e infine i due domini si combinano per formare una struttura proteica terziaria funzionale. Credito:Università Nazionale di Seoul
Le pinzette magnetiche possono essere utilizzate per applicare forza a una singola proteina, dispiegando così completamente la struttura di una proteina. Inoltre, se la forza applicata viene poi ridotta, è possibile osservare il processo di ripiegamento della proteina rilasciata nella sua forma originale ripiegata (Figura 1,2).
Le proteine di trasporto del glucosio, come suggerisce il nome, sono un gruppo di proteine che possiedono un percorso attraverso il quale il glucosio può passare. Le vie di trasporto del glucosio sono funzionalmente essenziali, ma queste vie agiscono anche come ostacoli nella formazione delle strutture terziarie delle proteine di membrana. Le cellule hanno vari aiutanti per risolvere queste difficoltà. In questo studio, è stato scoperto che l'EMC, un tipo di chaperone proteico, così come le molecole lipidiche strutturate in modo univoco lavorano insieme per aiutare il trasportatore del glucosio nella sua formazione della struttura.
Figura 3:Analisi filogenetica per vari trasportatori di zucchero. La bioinformatica è stata utilizzata per analizzare la sequenza di GLUT3 e altre proteine di trasporto dello zucchero correlate all'evoluzione. Un totale di 143 proteine sono state analizzate e presentate come un albero filogenetico come mostrato nella figura a sinistra. La sequenza della proteina di trasporto dello zucchero dei metazoi, incluso l'Homo sapiens, è stata analizzata da vicino come mostrato a destra. Combinando questi dati con le informazioni osservate sul percorso di ripiegamento ottenuto tramite pinzette magnetiche, è stato rivelato che la capacità di formare strutture delle proteine di membrana e la loro capacità di trasportare gli zuccheri in modo efficace si sono sviluppate entrambe attraverso un equilibrio evolutivo. Credito:Università Nazionale di Seoul
