Metodo per la produzione di proteine di design migliorato
Problema di vecchia data risolto: i ricercatori scoprono che il misfolding impedisce l'utilizzo efficiente delle cosiddette inteine divise come "collante proteico"
Le proteine sono i mattoni della vita. Sono costituite da catene peptidiche ripiegate, a loro volta composte da una serie di amminoacidi. Dalla stabilizzazione della struttura cellulare alla catalizzazione delle reazioni chimiche, le proteine hanno molte funzioni. La loro diversità è ulteriormente accresciuta dalle modifiche che avvengono dopo la sintesi delle catene peptidiche. Una forma di modifica è lo splicing delle proteine. La proteina contiene inizialmente una cosiddetta "inteina", che si stacca dalla catena peptidica per garantire il corretto ripiegamento e la funzione della proteina finale. Un team guidato dal chimico delle proteine Prof. Henning Mootz e dal dottorando Christoph Humberg dell'Istituto di Biochimica dell'Università di Münster ha ora risposto a una domanda di ricerca di lunga data: Perché una speciale variante delle inteine, le "inteine divise", incontra spesso problemi in laboratorio che riducono significativamente l'efficienza della reazione? I ricercatori sono riusciti a identificare il misfolding delle proteine come una delle cause e hanno sviluppato un metodo per prevenirlo.
Lo splicing delle proteine avviene raramente in natura, ma è molto interessante per la ricerca. La soluzione trovata dal team di Münster apre la possibilità di utilizzare le inteine scisse per produrre proteine utili nella ricerca di base o per applicazioni in biotecnologia e biomedicina. Gli scienziati di tutto il mondo stanno lavorando intensamente alla sintesi di proteine complesse a partire da due frammenti che sono difficili o impossibili da produrre con i metodi convenzionali. In questo modo si possono ottenere proteine chimeriche in cui, ad esempio, una parte della proteina è stata prodotta in cellule di mammifero, mentre l'altra parte è stata sintetizzata chimicamente, modificata selettivamente o ottenuta da cellule batteriche. A questo scopo, sono necessari strumenti particolarmente potenti come le inteine divise. Esse possono unire parti proteiche separate, poiché sono costituite da due frammenti localizzati sulle catene peptidiche inizialmente separate. Una volta che le parti sono state unite, la split intein si rimuove.
I ricercatori di Münster hanno studiato la cosiddetta "Aes intein", che consente una gamma particolarmente ampia di applicazioni grazie a una rara forma di catalisi. Entrambi i frammenti dell'inteina divisa sono stati prodotti in laboratorio in cellule batteriche e hanno dimostrato solo una bassa produttività, simile a quella di altre inteine. Utilizzando metodi cromatografici e biofisici, il team ha scoperto che gran parte di uno dei frammenti prodotti era presente come aggregato proteico inattivo con uno specifico misfolding. Da questi risultati, i ricercatori hanno tratto conclusioni sulla causa del misfolding e hanno utilizzato analisi bioinformatiche per identificare alcuni aminoacidi che ne sono responsabili. Utilizzando metodi di biologia molecolare, hanno introdotto singole mutazioni selezionate nel frammento di inteina, che hanno soppresso quasi completamente la formazione degli aggregati e aumentato di conseguenza la produttività dell'inteina divisa.
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