Νέα κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των πρωτεϊνών
Οι πρωτεΐνες είναι βασικές μοριακές μηχανές που εκτελούν μια τεράστια σειρά λειτουργιών εντός των κυττάρων. Παίζουν κρίσιμους ρόλους σε όλα, από την καταλυτική χημική αντιδράσεις μέχρι τη μεταφορά μορίων και την παροχή δομικής υποστήριξης. Ωστόσο, οι ακριβείς μηχανισμοί με τους οποίους οι πρωτεΐνες εκτελούν τα καθήκοντά τους παρέμειναν αόριστες, παρεμποδίζοντας τις προσπάθειες για να τους χειριστούν για θεραπευτικούς σκοπούς.
Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον βιοχημικό και καθηγητή μοριακής και κυτταρικής βιολογίας Jennifer Doudna-ο οποίος είναι ευρέως γνωστός για την πρωτοποριακή εργασία της στην τεχνολογία CRISPR-CAS9 που χρησιμοποιεί μια τεχνική που ονομάζεται κρυο-ηλεκτρονική μικροσκοπία (Cryo-EM) για να συλλάβει λεπτομερείς εικόνες πρωτεϊνών σε δράση. Το Cryo-EM επιτρέπει στους ερευνητές να απεικονίζουν βιολογικά μόρια στην πατρίδα τους, χωρίς την ανάγκη κρυστάλλωσης ή άλλων επεμβατικών τεχνικών.
Συνδυάζοντας το Cryo-EM με υπολογιστική μοντελοποίηση και βιοχημικές δοκιμασίες, οι ερευνητές έλαβαν γνώσεις υψηλής ανάλυσης για τις δυναμικές αλλαγές διαμόρφωσης που υφίστανται πρωτεΐνες κατά τη διάρκεια των λειτουργικών τους κύκλων. Αυτή η κατανόηση είναι παρόμοια με τη σύλληψη μιας σειράς στιγμιότυπων που αποκαλύπτουν τις περίπλοκες κινήσεις και τις αλληλεπιδράσεις μέσα σε μια πρωτεΐνη καθώς εκτελεί την καθορισμένη εργασία της.
"Για πολλές πρωτεΐνες, γνωρίζουμε τη δομή, αλλά δεν ξέρουμε πώς λειτουργούν, καταγράφοντας αυτές τις δυναμικές κινήσεις πρωτεϊνών, μπορούμε τώρα να αρχίσουμε να καταλαβαίνουμε πώς λειτουργούν οι πρωτεΐνες στο πιο θεμελιώδες επίπεδο", εξήγησε η Doudna σε μια δήλωση.
Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν ειδικά σε μια κατηγορία πρωτεϊνών που ονομάζονται νουκλεάσες με καθοδήγηση RNA, οι οποίες εμπλέκονται στην επεξεργασία και τη ρύθμιση των γονιδίων. Χρησιμοποιώντας cryo-EM, ήταν σε θέση να παρατηρήσουν πώς αυτές οι νουκλεάσες αναγνωρίζουν και δεσμεύονται σε συγκεκριμένες αλληλουχίες RNA και στη συνέχεια χειρίζονται το RNA με ακριβείς τρόπους για να εκτελέσουν τις κυτταρικές λειτουργίες τους.
Αυτή η λεπτομερής κατανόηση της δυναμικής και των μηχανισμών των πρωτεϊνών έχει άμεσες επιπτώσεις για το σχεδιασμό νέων φαρμάκων και θεραπειών. Με την αποκρυπτογράφηση της περίπλοκης μοριακής χορογραφίας των πρωτεϊνών, οι επιστήμονες μπορούν τώρα να τους σχεδιάσουν για να ενισχύσουν τις ευεργετικές τους λειτουργίες ή να καταστείλουν τις επιβλαβείς δραστηριότητές τους. Για παράδειγμα, αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών θεραπευτικών πρωτεϊνών, ένζυμα για βιομηχανικές εφαρμογές και διαγνωστικά εργαλεία για ασθένειες που προκαλούνται από πρωτεϊνική δυσλειτουργία.
Τα ευρήματα της μελέτης, που δημοσιεύονται στο περιοδικό Nature, αντιπροσωπεύουν ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην κατανόηση της πρωτεϊνικής λειτουργίας και παρέχουν ένα ισχυρό εργαλείο για τον χειρισμό αυτών των μοριακών μηχανών προς όφελος της ανθρώπινης υγείας και της βιοτεχνολογίας.
Συμπερασματικά, η επανάσταση που επιτεύχθηκε από τους ερευνητές στο UC Berkeley έχει φέρει επανάσταση στην κατανόησή μας για τη λειτουργία πρωτεϊνών σε μοριακό επίπεδο. Με την απεικόνιση της δυναμικής και των μηχανισμών των πρωτεϊνών που χρησιμοποιούν το Cryo-EM, οι επιστήμονες διαθέτουν τώρα τις γνώσεις και τα εργαλεία για το σχεδιασμό και τις μηχανικές πρωτεΐνες με προσαρμοσμένες ιδιότητες, ανοίγοντας νέες οδούς για θεραπευτικές παρεμβάσεις και τεχνολογικές καινοτομίες.
