Las proteínas son máquinas moleculares esenciales que llevan a cabo una amplia gama de funciones dentro de las células. Desempeñan funciones cruciales en todo, desde catalizar reacciones químicas hasta transportar moléculas y proporcionar soporte estructural. Sin embargo, los mecanismos precisos mediante los cuales las proteínas realizan sus tareas siguen siendo difíciles de alcanzar, lo que dificulta los esfuerzos para manipularlas con fines terapéuticos.
El equipo de investigación, dirigido por la bioquímica y profesora de biología molecular y celular Jennifer Doudna, ampliamente conocida por su trabajo innovador en la tecnología de edición de genes CRISPR-Cas9, utilizó una técnica llamada microscopía crioelectrónica (cryo-EM) para capturar imágenes detalladas. Imágenes de proteínas en acción. Cryo-EM permite a los investigadores visualizar moléculas biológicas en su estado nativo, sin necesidad de cristalización u otras técnicas invasivas.
Al combinar crio-EM con modelos computacionales y ensayos bioquímicos, los investigadores obtuvieron información de alta resolución sobre los cambios conformacionales dinámicos que experimentan las proteínas durante sus ciclos funcionales. Esta comprensión es similar a capturar una serie de instantáneas que revelan los intrincados movimientos e interacciones dentro de una proteína mientras realiza su tarea designada.
"Conocemos la estructura de muchas proteínas, pero no sabemos cómo funcionan. Al capturar estos movimientos dinámicos de las proteínas, ahora podemos comenzar a comprender cómo funcionan las proteínas en el nivel más fundamental", explicó Doudna en un comunicado.
Los investigadores se centraron específicamente en una clase de proteínas llamadas nucleasas guiadas por ARN, que participan en la edición y regulación de genes. Utilizando crio-EM, pudieron observar cómo estas nucleasas reconocen y se unen a secuencias de ARN específicas y luego manipulan el ARN de manera precisa para ejecutar sus funciones celulares.
Esta comprensión detallada de la dinámica y los mecanismos de las proteínas tiene implicaciones inmediatas para el diseño de nuevos medicamentos y terapias. Al descifrar la intrincada coreografía molecular de las proteínas, los científicos ahora pueden diseñarlas racionalmente para mejorar sus funciones beneficiosas o suprimir sus actividades dañinas. Por ejemplo, este enfoque podría conducir al desarrollo de terapias proteicas, enzimas para aplicaciones industriales y herramientas de diagnóstico más eficaces para enfermedades causadas por disfunción proteica.
Los hallazgos del estudio, publicados en la revista Nature, representan un importante paso adelante en la comprensión de la función de las proteínas y proporcionan un poderoso conjunto de herramientas para manipular estas máquinas moleculares en beneficio de la salud humana y la biotecnología.
En conclusión, el avance logrado por los investigadores de la UC Berkeley ha revolucionado nuestra comprensión del funcionamiento de las proteínas a nivel molecular. Al visualizar la dinámica y los mecanismos de las proteínas mediante crio-EM, los científicos ahora poseen el conocimiento y las herramientas para diseñar proteínas con propiedades personalizadas, abriendo nuevas vías para intervenciones terapéuticas e innovaciones tecnológicas.
