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    Los investigadores decodifican la molécula que da flexibilidad a los tejidos vivos

    La elasticidad que permite que los tejidos vivos se expandan, contrato, estirarse, y doblar durante toda la vida es el resultado de una molécula de proteína llamada tropoelastina. Notablemente, esta molécula se puede estirar hasta ocho veces su longitud y siempre vuelve a su tamaño original.

    Ahora, por primera vez, Los investigadores han decodificado la estructura molecular de esta compleja molécula, así como los detalles de lo que puede fallar en su estructura en varias enfermedades de origen genético.

    La tropoelastina es la molécula precursora de la elastina, que junto con las estructuras llamadas microfibrillas es la clave para la flexibilidad de los tejidos, incluida la piel, pulmones, y vasos sanguíneos. Pero la molécula es compleja, compuesto por 698 aminoácidos en secuencia y lleno de regiones desordenadas, así que desentrañar su estructura ha sido un gran desafío para la ciencia.

    Ese desafío ha sido resuelto por un equipo de investigadores que utilizó una combinación de modelado molecular y observación experimental para construir una imagen átomo por átomo de la estructura de la molécula. Los resultados aparecen esta semana en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias en un artículo de Markus Buehler, el profesor Jerry McAfee de Ingeniería y director del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental del MIT; Anna Tarakanova Ph.D. '17, un postdoctorado del MIT; y otros tres en la Universidad de Sydney y la Universidad de Manchester.

    "La estructura de la tropoelastina ha sido esquiva, ", Dice Tarakanova. Los métodos de caracterización tradicionales son insuficientes para decodificar esta molécula" porque es muy grande, desordenado, y dinámica ". Pero la combinación de modelos informáticos y observaciones experimentales que utilizó este equipo" nos permitió predecir una estructura completamente atomística de la molécula, " ella dice.

    El estudio mostró cómo ciertas mutaciones diferentes que causan enfermedades en el gen único que controla la formación de tropoelastina cambian la rigidez y las respuestas dinámicas de la molécula. lo que en última instancia podría ayudar en el diseño de tratamientos o contramedidas para estas afecciones. Otras mutaciones "artificiales" inducidas por los investigadores, que no se correspondan con ninguna mutación natural conocida, se puede utilizar para comprender mejor la función de la parte específica del gen afectada por esa mutación.

    "Estamos interesados ​​en sondear una región particular de la molécula para comprender la función de esa región, "Dice Tarakanova." Además de impartir elasticidad, la molécula juega un papel clave en la señalización celular y la adhesión celular, que afectan los procesos celulares que son impulsados ​​por interacciones con secuencias específicas dentro de la molécula ".

    El estudio también analizó los cambios específicos en la molécula de tropoelastina causados ​​por mutaciones asociadas con enfermedades conocidas. como cutis laxa, en el que la piel carece de elasticidad y cuelga flojamente. "Demostramos que una mutación puntual asociada con la enfermedad provoca cambios en la molécula que tienen implicaciones; el mecanismo de la enfermedad en realidad se deriva de los [cambios en la] escala molecular, " ella dice.

    "Comprender la estructura de esta molécula no solo es importante en el contexto de una enfermedad, "dice Buehler, "pero también puede permitirnos trasladar el conocimiento de este biomaterial a polímeros sintéticos, que puede diseñarse para satisfacer determinadas necesidades de ingeniería. Diseñar el equilibrio del orden y el desorden en el contexto de las propiedades deseadas podría abrir las puertas a nuevos materiales de diseño ".

    El método que utilizaron para desentrañar la estructura de la molécula de tropoelastina incluía una técnica basada en el modelado y simulación de dinámica molecular. Si bien ese enfoque se ha utilizado para estudiar estructuras moleculares más simples, ella dice, "Este es el primer trabajo en el que hemos demostrado que se puede utilizar para una molécula muy desordenada del tamaño de la tropoelastina, y luego lo validó con datos experimentales ".

    El enfoque combina la observación de "la estructura global de la molécula, considerar el esquema general "en el que debe encajar la estructura molecular. Luego, miran en detalle a local, estructuras secundarias dentro de la molécula, que fueron seleccionados de grandes cantidades de datos en la literatura científica de trabajos experimentales. "La relación de la estructura local y la estructura global nos da un punto de comparación con los experimentos" que valida sus hallazgos, ella dice.

    Las técnicas que utilizaron podrían aplicarse para comprender otros grandes moléculas complejas, ella agrega. "Más generalmente, Creo que este enfoque es aplicable a moléculas grandes con un alto grado de desorden y, según algunas estimaciones, la mitad de las proteínas de su cuerpo contienen regiones con un alto grado de desorden. Este puede ser un marco muy poderoso para observar muchos tipos de sistemas [biológicos] ".


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