Proporciona una eina útil per a dissenyar proteïnes sintètiques amb aplicacions biomèdiques i biotecnològiques
VALÈNCIA, 20 (EUROPA PRESS)
Un equip d’investigació del Departament de Bioquímica i Biologia Molecular de la Universitat de València, en col·laboració amb la Universitat de Califòrnia-San Francisco i la Universitat d’Estocolm, ha desenvolupat una nova escala que revela les preferències dels aminoàcids per posicionar-se en un entorn de membrana.
El treball, publicat en la revista ‘Science Advances’, proporciona una eina “fonamental” per a entendre millor el plegament i la inserció de proteïnes en membranes, un procés crucial per a la funció de moltes proteïnes implicades en malalties i processos biològics clau. A més, també proporciona una eina útil per a dissenyar proteïnes sintètiques amb aplicacions biomèdiques i biotecnològiques.
La nova escala revela les preferències dels aminoàcids per posicionar-se en un entorn de membrana, ja siga en regions transmembrana del nucli o directament disposades en forma d’hèlice en la interfase.
Estes dos regions componen les membranes biològiques i poden diferenciar-se fàcilment per les seues característiques fisicoquímiques: el nucli de la membrana és la regió interna altament hidrofòbica a causa de la presència de les cadenes hidrocarbonades dels àcids grassos, mentre que la interfase de la membrana és la zona de transició entre este nucli hidrofòbic i el medi aquós, on se situen els caps polars dels lípids.
“El nostre estudi oferix una visió sense precedents sobre com les seqüències d’aminoàcids determinen si una proteïna s’inserix en la membrana o roman adherida en la superfície, en la interfase entre la membrana i el medi aquós. Això no sols ens ajuda a comprendre millor els mecanismes biològics, sinó que també obri noves vies per al disseny de proteïnes i pèptids amb aplicacions terapèutiques”, destaca Ismael Mingarro, catedràtic del Departament de Bioquímica i Biologia Molecular de la Universitat de València i investigador principal i coordinador de l’estudi.
Les membranes biològiques són estructures essencials per a la vida, compostes per una bicapa lipídica en la qual s’inserixen proteïnes que realitzen funcions crítiques, com el transport de molècules i la senyalització cel·lular. La inserció d’estes proteïnes en la membrana és un procés complex que depèn de la interacció entre els aminoàcids de la proteïna i l’entorn lipídic.
Encara que s’han estudiat àmpliament les seqüències que afavoreixen la inserció transmembrana, fins ara no hi havia una escala biològica que quantificara les preferències dels aminoàcids per a situar-se en la interfase de la membrana, una regió clau per a moltes proteïnes funcionals.
L’equip d’investigació va dissenyar un sistema experimental basat en la glicosilació de proteïnes en membranes biològiques per a diferenciar entre tres estats possibles d’una seqüència peptídica: soluble en aigua, unida a la superfície de la membrana o inserida com una regió transmembrana. Utilitzant aquest sistema, els investigadors van determinar les energies de transferència aparents (?Gapp) per a cadascun dels 20 aminoàcids naturals, cosa que va permetre crear una escala que quantifica la seua tendència a situar-se en la interfase de la membrana o a la regió transmembrana.
PREDICCIÓ
“L’escala ens permet assentar les bases per a predir com una seqüència d’aminoàcids es comportarà en una membrana entesa en la seua globalitat, la qual cosa és essencial per a modular la funció de moltes proteïnes”, va explicar Brayan Grau, primer autor de l’estudi.
Els resultats van mostrar que, encara que les escales de transferència a la interfase i al nucli hidrofòbic de la membrana estan correlacionades, hi ha diferències clau per a uns certs aminoàcids. Per exemple, els residus carregats positivament, com l’arginina i la lisina, tenen una forta preferència per la interfase de la membrana, igual que els aromàtics, com el triptòfan i la tirosina. Estes troballes són consistents, amb estudis biofísics previs que suggerixen que estos aminoàcids juguen un paper important en l’estabilització de les proteïnes en la interfase de la membrana.
A més, l’estudi va comparar les escales biològiques derivades experimentalment amb escales basades en dades estructurals de proteïnes de membrana, i hi va trobar una correlació significativa. Això valida l’enfocament experimental i suggerix que les escales desenvolupades poden ser útils per al disseny racional de proteïnes de membrana i pèptids amb funcions específiques.
“El treball no sols ens permet entendre millor els mecanismes naturals d’inserció de proteïnes en membranes, sinó que també proporciona una eina útil per a dissenyar proteïnes sintètiques amb aplicacions biomèdiques i biotecnològiques, com poden ser pèptids antimicrobians o fusogènics”, explica Luis Martínez-Gil, investigador de la Universitat de València.
Ha sigut possible gràcies a la col·laboració d’experts en biofísica de membranes i biologia estructuralque han combinat anàlisi computacional, estudis biofísics i tècniques avançades de biologia molecular. La investigació ha sigut finançada pel Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats d’Espanya i la Generalitat Valenciana a través del Programa Prometeu per a grups d’excel·lència.
