Le cellule fanno un preciso gioco del telefono, l'invio di messaggi l'uno all'altro che attivano azioni successive. Con segnalazione chiara, le cellule raggiungono i loro obiettivi. Nella malattia, però, i segnali si interrompono e si traducono in messaggi confusi e conseguenze indesiderate. Per aiutare ad analizzare questi segnali e il modo in cui funzionano nella salute - e andare storto nella malattia - gli scienziati etichettano le proteine ​​con etichette che possono seguire mentre le proteine ​​interagiscono con il mondo molecolare che li circonda.

La sfida è capire quali proteine ​​etichettare in primo luogo. Ora, un team guidato da ricercatori dell'Università di agricoltura e tecnologia di Tokyo (TUAT) ha sviluppato un nuovo approccio per identificare e contrassegnare le proteine ​​specifiche. Hanno pubblicato i loro risultati il ​​1 giugno in Angewandte Chemie .

"Siamo interessati ad esplorare i recettori proteici di alcune molecole di carboidrati che sono coinvolte nella mediazione della segnalazione cellulare, in particolare nelle cellule tumorali, " ha detto l'autrice del giornale Kaori Sakurai, professore associato presso il Dipartimento di Biotecnologie e Scienze della Vita del TUAT.

Le molecole di carboidrati, chiamati ligandi, sono tipicamente espressi sulla superficie delle cellule e sono noti per formare dinamicamente complessi con recettori proteici per coordinare complicate funzioni cellulari. Però, Sakurai ha detto, le proteine ​​responsabili del legame dei carboidrati sono state difficili da identificare perché si legano così debolmente con le molecole.

I ricercatori hanno progettato un nuovo tipo di sonda per carboidrati che non si collegherebbe solo alle molecole, ma strettamente legate a loro.

"Abbiamo usato nanoparticelle d'oro come impalcatura per attaccare sia i ligandi dei carboidrati che gli elettrofili, una sostanza chimica che ama reagire con altre molecole, in modo multivalente, " Disse Sakurai. "In questo modo, siamo stati in grado di aumentare notevolmente l'affinità di legame e l'efficienza di reazione verso le proteine ​​che legano i carboidrati".

I ricercatori hanno applicato le sonde progettate al lisato cellulare, un fluido contenente le viscere delle cellule spezzate.

"Le sonde hanno trovato rapidamente le proteine ​​bersaglio che legano i carboidrati, innescando i gruppi elettrofili a reagire con residui di amminoacidi donatori di elettroni sulle proteine ​​vicine, Sakurai ha detto. "Ciò ha portato a proteine ​​saldamente reticolate alla superficie delle nanoparticelle d'oro, facilitando l'analisi successiva delle loro identità."

Il team ha valutato diversi gruppi elettrofili per identificare il tipo più efficiente per etichettare le loro proteine ​​bersaglio.

"Abbiamo scoperto che un particolare gruppo elettrofilo chiamato aril sulfonil fluoruro è più adatto per l'etichettatura di affinità delle proteine ​​che legano i carboidrati, " ha detto il co-autore Nanako Suto, uno studente laureato presso il Dipartimento di Biotecnologie e Scienze della Vita del TUAT. "Però, sono stati usati raramente per identificare le proteine ​​bersaglio, presumibilmente perché reagirebbero in modo non selettivo con vari altri, proteine ​​indesiderate”.

Però, la scala dell'uso di fluoruro di aril sulfonile sembra mitigare il problema.

"La non selettività non è un problema se l'aril sulfonil fluoruro viene utilizzato a concentrazioni molto basse, a livello della nanoscala, " ha detto il co-autore Shione Kamoshita, anche uno studente laureato presso il Dipartimento di Biotecnologie e Scienze della Vita, TUAT.

L'impalcatura di nanoparticelle d'oro mostra molte copie del gruppo elettrofilo, che mantiene alta la concentrazione locale di aril solfonil fluoruro sulla superficie delle nanoparticelle ma le trattiene dal sistema cellulare generale e reagisce alle proteine ​​indesiderate. Con l'alta concentrazione a livello nano, alcune copie di gruppi elettrofili possono reagire in modo efficiente con le proteine ​​bersaglio.

"Attraverso questo processo, siamo stati in grado di ottenere un'etichettatura di affinità altamente efficiente e selettiva delle proteine ​​​​leganti i carboidrati nel lisato cellulare, Sakurai ha detto. "Applicheremo il nuovo metodo nell'identificazione del bersaglio di diversi ligandi di carboidrati correlati al cancro e studieremo la loro funzione nello sviluppo del cancro. In parallelo, miriamo a esplorare l'utilità generale di questo nuovo design della sonda per varie altre piccole molecole bioattive, in modo da poter accelerare la delucidazione dei loro meccanismi".