Nella pista da ballo biologica le proteine danzano per cercare un possibile partner

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Immagine: cambi delle direzioni vibrazionali nelle proteine.

In ogni momento, all’interno del corpo umano, su una pista da ballo biologica, le proteine scuotono i loro corpi e si agitano con l’obiettivo di ottimizzare la loro interazione con altre molecole, tra cui altre proteine. Questi piccoli movimenti, chiamati vibrazioni, permettono alle molecole di cambiare forma rapidamente per legarsi tra loro e facilitare compiti come assorbire ossigeno e riparare le cellule.

L’efficienza del corpo nello svolgere queste funzioni dipende da come le proteine possono interagire.

Ma che cosa induce una proteina a corteggiatore e scegliere un partner?

Un nuovo studio getta luce su questa questione, dimostrando che in questo corteggiamento biologico, la danza muove la materia.

“In passato, la ricerca sulle vibrazioni delle proteine si è concentrata molto sull’energia delle vibrazioni”, spiega lo scienziato Andrea Markelz, Prof. di fisica presso la University at Buffalo College of Arts and Sciences. “Ma quello che abbiamo trovato è che la direzione in cui diverse parti della proteina si muovono, può realmente determinare il modo in cui una proteina svolge la sua funzione biologica”.

I risultati dello studio aiutano a gettare le basi per lo sviluppo di farmaci mirati alle vibrazioni molecolari. Tali farmaci potrebbero bloccare le proteine e impedire loro di svolgere compiti che contribuiscono allo sviluppo di diverse malattie.

“Abbiamo condotto la ricerca utilizzando una nuova tecnica chiamata ATM che rivela come la natura sfrutta i movimenti delle proteine per migliorarne l’efficienza. Possiamo quindi ottimizzare questi movimenti per la medicina e biotecnologie”, dice il primo autore dello studio Katherine Niessen, dottoranda in fisica della UB.

La ricerca, pubblicata il 14 marzo in Biophysical Journal, è stata condotta dall’ Università di Buffalo, dall’ Università di Perugia e dall’ Hauptman-Woodward Medical Research Institute ed è stata finanziato dalla National Science Foundation (NSF).

Foxtrot o tango?

Lo studio si è concentrato sul lisozima, una proteina presente nei bianchi d’uovo.

Come primo passo del progetto, gli scienziati hanno confrontato le vibrazioni di un normale lisozima con le vibrazioni del lisozima legato ad una molecola la cui presenza ha impedito alla proteina di svolgere le sue funzioni biologiche ordinarie.

Ciò che gli scienziati hanno osservato è che il lisozima libero e quello inibito vibrano con energie simili, ma con direzioni distinte di moto: il lisozima libero vibra con un’azione di sbattimento a cerniera ,come le ali di una farfalla, mentre il lisozima inibioi si spostato in modo diverso.

“Il risultato è stato un cambiamento fondamentale del punto di vista convenzionale. Le vibrazioni cambiano la loro direzione, anche se l’energia dei movimenti rimane la stessa”, dice Markelz. (E aggiunge che come analogia, si può pensare a due persone che eseguono diverse danze, foxtrot e tango per esempio, ma impiegano la stessa quantità di energia).

La stessa dinamica è emersa quando il team ha confrontato il lisozima regolare con un lisozima  mutante che era più efficace nello svolgere il suo lavoro. Il lisozimi mutante e quello normale avevano le stesse energie vibrazionali, ma diverse direzioni vibrazionali.

Uno strumento per la misurazione delle vibrazioni

La ricerca sulle vibrazioni molecolari potrebbe aprire nuove strade allo sviluppo di farmaci. Storicamente è sempre stato molto difficile studiare i piccoli impulsi e palpitazioni all’interno delle proteine.

Markelz spera di cambiare la situazione attraverso lo sviluppo di uno strumento che gli scienziati di tutto il mondo potranno utilizzare per la ricerca sulle vibrazioni delle proteine.

Per studiare il lisozima dell’uovo, il team ha utilizzato la tecnica ATM che gli stessi ricercatori hanno sviluppato. A differenza di altri metodi utilizzati per la ricerca sulle vibrazioni delle proteine, ATM consente agli scienziati di osservare non solo le energie vibrazionali, ma anche la direzione dei movimenti.

La NSF ha recentemente assegnato a Markelz una borsa di quasi 400.000 $ per espandere la capacità della comunità scientifica di esplorare le vibrazioni molecolari.

“Il dispositivo da noi progettato rappresenta un grande passo avanti rispetto ad altri metodi esistenti, che forniscono solo una panoramica grossolana delle vibrazioni e che richiedono ambienti estremamente secchi e freddi e strutture costose”, dice Markelz.

Fonte: Biophysical Journal

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