Proteínas integrales de membrana, o IMP, son una clase importante de proteínas que desempeñan funciones cruciales en muchos procesos celulares, incluida la catálisis de enlaces disulfuro, que son esenciales para la función y estabilidad de muchas proteínas como los anticuerpos, que tienen un potencial terapéutico significativo.

Pero los IMP son intrínsecamente hidrófobos y, por lo tanto, tienen baja solubilidad en entornos acuosos. Su entorno natural está dentro de la membrana bicapa lipídica de una célula, lo que dificulta el estudio de su estructura y función.

Un método informado anteriormente que involucra técnicas de ADN recombinante estándar y algunos principios de diseño novedosos permitió a un equipo de ingenieros químicos de Cornell producir grandes cantidades de IMP funcionales de manera simple y económica, todo sin el uso de productos químicos agresivos o detergentes. que se utilizan normalmente en la actualidad. Ese equipo, dirigido por Matt DeLisa, el Profesor William L. Lewis de Ingeniería en la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular Robert Frederick Smith, ahora ha utilizado ese método de ingeniería de proteínas para convertir una enzima unida a la membrana en un biocatalizador soluble en agua que funciona directamente en la célula interna acuosa.

"Puedes rediseñar estas proteínas complicadas, haciéndolos solubles en agua, y quizás realmente sorprendentemente, pueden continuar catalizando sus reacciones biológicas naturales, "dijo DeLisa, investigador principal de "Una variante de DsbB soluble en agua que cataliza la formación de enlaces disulfuro in vivo, "publicado el 19 de junio en Biología química de la naturaleza .

"Hasta donde sabemos, Este es el primer ejemplo de creación de un IMP soluble en agua que conserva su actividad catalítica natural pero lo hace en un entorno celular completamente nuevo. ", Dijo DeLisa." Y debido a que es una construcción genéticamente modificada, se puede expresar como cualquier otra proteína soluble con muy poco esfuerzo o dificultad ".

El primer autor es Dario Mizrachi, ex asociado postdoctoral en ingeniería química y biomolecular que ahora es profesor asistente en la Universidad Brigham Young. Los colaboradores incluyeron a Michael-Paul Robinson, estudiante de doctorado en ingeniería química y biomolecular, y Mehmet Berkmen de New England Biolabs.

El trabajo anterior del grupo detalló un método que llamaron SIMPLEx (Solubilización de proteínas integrales de membrana con altos niveles de expresión), para proteger a los IMP del agua y permitir la producción de grandes cantidades de estas proteínas difíciles de fabricar. Utilizando técnicas de ADN recombinante, cosieron una proteína de membrana artificial con una crisis de identidad, una que mantiene su función biológica, pero cree que es soluble en agua.

Este último trabajo es la primera aplicación de esa técnica. El grupo usó sus IMP de identidad cambiada para hacer enlaces disulfuro, un tipo de modificación postraduccional que se produce en muchas proteínas e influye en casi todos los aspectos de la biología y patogénesis celular normal.

El grupo se centró en la enzima de membrana integral bacteriana DsbB, un biocatalizador central en la formación de enlaces disulfuro, aunque DeLisa cree que la técnica es transferible a una miríada de otras proteínas de membrana.

Usando el método SIMPLEx, el grupo convirtió DsbB unido a la membrana en un biocatalizador soluble en agua que podría expresarse fácilmente en el citoplasma de E. coli, donde generó la formación de enlaces disulfuro en una variedad de objetivos proteicos.

Los enlaces disulfuro son actores clave en muchas proteínas terapéuticas, como los anticuerpos monoclonales. Muchos medicamentos contra el cáncer emplean estas moléculas, que puede imitar o mejorar el ataque del sistema inmunológico a las células tumorales.

La capacidad de sacar el catalizador de la membrana lipídica y ponerlo en el citoplasma, DeLisa dijo:permite a los científicos producir estos anticuerpos en lugares potencialmente más favorables de la célula.

"Podríamos hacer esta vía en el citoplasma ... [o] podríamos mover todo a un compartimento subcelular diferente como el periplasma, o potencialmente sacar toda la vía de la célula y reconstituirla en un sistema libre de células, "Dijo DeLisa." El punto es, creamos una enorme cantidad de flexibilidad en términos de hacer estos enlaces al convertir esencialmente una proteína de membrana en una enzima soluble ".