Escondido dentro de las membranas celulares, un carnicero molecular cumple con las órdenes de las células sanas, pero también de los agentes patógenos. Ha estado operando fuera de la vista pero los investigadores simplemente lo enfocaron de manera poderosa.

El carnicero es una enzima común llamada presenilina, que corta largos bloques de construcción de proteínas en longitudes más cortas utilizables. Reside en espacios de membrana que evaden la detección experimental inmediata, pero en un nuevo estudio, Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) han iluminado la presenilina utilizando un haz de neutrones producido por el reactor nuclear de investigación más poderoso del mundo.

"Un tercio de nuestro genoma funciona para codificar proteínas intramembrana, "dijo Raquel Lieberman, profesor asociado en la Escuela de Química y Bioquímica de Georgia Tech. "Algunos de ellos son enormes y hacen una bioquímica supercompleja".

La enzima presenilina en particular es una proteasa intramembrana. Hay cuatro clases de estos, y son necesarios, entre otras cosas, para:alertar y defender contra los infectores, y diferenciación y desarrollo celular.

Si los dos últimos salen mal, que puede provocar cáncer.

Ficha policial de neutrones granulados

Ahora, los investigadores han obtenido una foto policial figurativa de una proteína intramembrana, la presenilina. Tecnicamente hablando, los investigadores trabajaron con una prima presenilina que se encuentra en microbios:M. marisnigri aspartil proteasa intramembrana o MmIAP, pero aquí usaremos presenilina y MmIAP indistintamente en aras de la simplicidad.

La medición fue de baja resolución, pero reveló lo suficiente como para establecer que la estructura de la proteína es más simple de lo que se creía anteriormente. y eso sorprendió a los científicos.

"Nuestra muestra muestra que este es un monómero en sí mismo, ", Dijo Lieberman." Estábamos esperando un dímero o un trímero ". Eso significa que estaba formado por una hebra larga, mayormente enrollado como un resorte, en lugar de hebras rizadas dobladas o triplicadas.

Presenilin (MmIAP) está armado con dos cuchillos químicos, aspartatos, que hacen cortes de péptidos de manera confiable, las subunidades que componen las proteínas. Y un segundo nuevo estudio realizado por los mismos investigadores arrojó luz sobre cómo funciona la escisión.

El carnicero de péptidos de cualquiera

La presenilina puede recortar los péptidos en bloques de construcción útiles para sus propias células, o pequeños pedazos de péptidos malos que terminan en placa de beta amiloide, un sospechoso de la enfermedad de Alzheimer. O la presenilina puede ayudar y eliminar los virus de la hepatitis C tallando los componentes que necesita para reproducirse.

Comprender cómo actúa la presenilina podría resultar útil algún día para la investigación médica. "Si pudieras encontrar una forma de interferir con él de forma selectiva, podría detener la propagación de la hepatitis C en el cuerpo, "Dijo Lieberman.

Los investigadores, dirigido por Lieberman y el científico de dispersión de neutrones Volker Urban de ORNL, publicó las revelaciones de la dispersión de neutrones el 2 de febrero, 2018, en Revista biofísica . Los nuevos conocimientos sobre el funcionamiento de la presenilina se publicarán oficialmente en marzo en Revista de química biológica , pero actualmente está disponible en línea sin embargo. Los primeros autores fueron Swe-Htet Naing de Georgia Tech y Ryan Oliver de Oak Ridge.

La investigación fue financiada por la National Science Foundation, los Institutos Nacionales de Salud, y el Departamento de Energía de EE. UU.

Pastoreo de cueros hidrofóbicos

Los científicos tomaron el arma grande cuando fueron al reactor de isótopos de alto flujo (HFIR) para hacer que la presenilina (MmIAP) saliera de su escondite.

Los haces de neutrones del HFIR se enfriaron a menos 253 grados Celsius (menos 424 grados Fahrenheit) para ralentizar los neutrones. para que pudieran sondear las características moleculares de las muestras biológicas.

La presenilina y otras proteínas intramembrana justifican estas proverbiales medidas desesperadas. Viven en un ambiente lipídico y odian el agua por la forma en que lo hacen los gatos. y eso es un problema para los investigadores que los estudian.

"Cuando tienes proteínas que no son solubles en agua, estás en problemas, ", Dijo Lieberman." Las técnicas habituales para analizarlos se vuelven muy, muy dificil, si no imposible. Y cuando arranca químicamente estas proteínas para poder utilizar estos métodos solubles en agua, tiene muy pocas posibilidades de ver la estructura real de la proteína que realiza su función ".

La forma sigue la funcion

Las imágenes derivadas de métodos analíticos basados ​​en agua en el laboratorio de Lieberman no coinciden completamente con la función de la presenilina. Para uno, las superficies de corte de la enzima han estado demasiado separadas. Las revelaciones del haz de neutrones tenían más sentido para los investigadores.

"Nuestra forma era más ajustada, y tenía más sentido con la función de la presenilina en su entorno natural en la membrana, "Dijo Lieberman.

Las muestras de presenilina (MmIAP) examinadas en el HFIR se suspendieron en una solución amigable con la proteína hidrófoba. Irónicamente, presenilina y otras proteasas intramembrana a menudo hidrolizan péptidos, en otras palabras, les agregan agua.

"Estas proteasas están confinadas a la membrana de las células lipídicas donde no hay agua. Dado que el agua es necesaria para la hidrólisis, tiene que provenir de fuera de la membrana, ", Dijo Lieberman." Cómo sucede eso es otro misterio que necesita ser descubierto ".

Robusto, helicópteros fiables

La precisión y consistencia, con el cual el homólogo de presenilina MmIAP escindió péptidos, impresionó a los investigadores.

"Cuando usamos un péptido sintético modelo, se escindió solo en posiciones muy específicas del péptido, ", Dijo Lieberman." Cuando cambiamos a un péptido biológico real, también se escindió de manera muy exacta ".

Los investigadores sometieron la presenilina a varias mutaciones, que tuvo poco o ningún efecto en sus habilidades de división. Eso podría significar que su funcionamiento básico es casi inmune a la interferencia genética.

En una nota escalofriante al cortar péptidos precursores de beta amiloide, los investigadores observaron al primo microbiano presenilina, MmIAP, siempre haciendo el corte de una manera notoria por la asociación del amiloide con la enfermedad de Alzheimer.

"Nunca vimos el corte que produjo lo que normalmente se considera el amiloide 'bueno', A-beta-40, ", Dijo Lieberman." Solo vimos cortes que llevaron al amiloide 'malo', A-beta-42 ".

Se necesitaría más investigación para explicar por qué sucedió eso; si lo mismo ocurre con la presenilina en las membranas celulares humanas, y también si algún regulador previene la creación o acumulación de tanto amiloide malo en células sanas.