Le proteine di membrana svolgono un ruolo fondamentale nello sviluppo di farmaci, con circa il 50% dei farmaci che mirano a queste molecole. Comprendere la funzione di queste proteine, che si collegano alle membrane delle cellule, è importante per progettare la prossima linea di farmaci potenti. Per fare ciò, gli scienziati studiano proteine modello, come la batteriorodopsina (bR), che, quando attivata dalla luce, pompa protoni attraverso la membrana delle cellule.
I ricercatori hanno fatto progressi nella comprensione della dinamica delle proteine di membrana studiando la batteriorodopsina (bR) con metodi innovativi che combinano la microscopia a forza atomica e gli stimoli luminosi. Sebbene la bR sia stata studiata per mezzo secolo, i fisici hanno recentemente sviluppato tecniche per osservare i suoi meccanismi di piegatura e l’energetica nell’ambiente nativo della membrana lipidica bilayer della cellula. In un nuovo studio pubblicato da Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), il membro di JILA e NIST Thomas Perkins e il suo team hanno avanzato questi metodi combinando la microscopia a forza atomica (AFM), uno strumento di misurazione nanoscienze convenzionale, con stimoli luminosi temporizzati con precisione per studiare la funzionalità della proteina in tempo reale.
Sebbene la bR sia una proteina microscopica, può essere vista ad occhio nudo, e persino nelle immagini satellitari, quando gli archei microorganismi fioriscono, lasciano vaste quantità di essa come residuo nei laghi salati. “I laghi si riempiono di ciò che viene chiamato Halobacterium salinarum, l’organismo genitore della batteriorodopsina”, ha spiegato Perkins. “Questi laghi sono utilizzati per raccogliere il sale, e poiché sono caldi e salati, i batteri amano crescere lì.”
“L’energetica delle proteine di membrana è stata difficile da studiare e quindi poco compresa”, ha spiegato Perkins. “Utilizzando l’AFM e altri metodi, possiamo creare modi per approfondire ulteriormente questo aspetto.” Dotati di una migliore comprensione dell’energetica di queste proteine, i chimici possono progettare farmaci più potenti per sintomi e malattie specifiche causate dal malfunzionamento delle proteine.
Mentre Perkins e Jacobson hanno osservato una piegatura corretta il 60% delle volte, il restante 40% dei casi li ha sorpresi, poiché la proteina si piegava in modo errato ma riusciva comunque a pompare un protone attraverso la membrana. “Il piegamento errato è in realtà stabilizzante”, ha aggiunto Perkins. “E questo è stato davvero sorprendente.” In molti casi, il piegamento errato delle proteine non porta a stabilizzazione.
Cercando di comprendere meglio i meccanismi alla base del piegamento errato, Perkins e Jacobson hanno ridotto la forza sulla prova di trazione AFM a zero per vedere se ciò avrebbe indotto la proteina a piegarsi correttamente. Tuttavia, i risultati sono rimasti gli stessi: il 40% dei casi ha portato a un piegamento errato. Questi risultati, con la stessa quantità di piegamento errato, hanno lasciato perplessi i ricercatori. Mentre Perkins e Jacobson non sono stati in grado di identificare la causa di questi casi di piegamento errato, sperano di indagare ulteriormente. Ora, sono interessati a vedere cosa ne pensa il resto della comunità biofisica di questi risultati.
