Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han determinado con éxito la alta resolución, estructura tridimensional de proteínas dentro de células eucariotas vivas. Combinaron espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) "en la celda", un sistema de biorreactor y algoritmos computacionales de vanguardia para determinar las estructuras de proteínas en entornos intracelulares abarrotados por primera vez. La técnica promete conocer el comportamiento intracelular de las proteínas que causan enfermedades y nuevas aplicaciones de detección de fármacos. permitiendo la visualización in situ de cómo las proteínas responden a los estímulos bioquímicos.

Las células eucariotas son los componentes básicos de una amplia gama de organismos, incluyendo todos los hongos, plantas y animales. Su estructura interna es extremadamente compleja y variada, con una intrincada jerarquía estructural y una amplia gama de biomacromoléculas distribuidas alrededor de una red citoesquelética. Esto ha dificultado ver qué hace cada proteína dentro de las células en su entorno natural. a pesar de los obvios beneficios biomédicos de conocer, p.ej. cómo reacciona una proteína en particular cuando las células se someten a estímulos químicos, como las drogas farmacéuticas.

Para afrontar este desafío, un equipo de la Universidad Metropolitana de Tokio dirigido por el profesor asistente Teppei Ikeya y el profesor Yutaka Ito aplicó mediciones de espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) a proteínas específicas expresadas en el interior sf9 células de insectos cultivadas, una cepa de células derivada originalmente de un tipo de larva de polilla ampliamente utilizada para la producción de proteínas. El trabajo pionero de RMN del equipo ya había logrado dilucidar las estructuras de proteínas de alta resolución dentro de las bacterias (no eucariotas). El problema de simplemente aplicar las mismas técnicas a las proteínas en sf9 células fue la concentración significativamente más baja de proteínas diana y la corta vida útil de las células, lo que dificulta la recopilación de espectros de RMN multidimensionales de alta calidad para la espectroscopia de efecto Overhauser nuclear (NOESY) que proporcionaría información precisa sobre cómo los diferentes átomos están espaciados dentro de las moléculas individuales. Por lo tanto, combinaron un esquema de medición de RMN rápido basado en muestras dispersas con métodos computacionales de última generación que emplean técnicas estadísticas como la inferencia bayesiana, métodos diseñados para dilucidar estructuras de proteínas de manera eficiente basados ​​en una cantidad limitada de información estructural de espectros de RMN en la célula con una sensibilidad inherentemente baja. También se equipó un sistema de biorreactor dentro del aparato de RMN que mantuvo las células en un estado saludable durante las mediciones.

Con estos nuevos datos, el equipo pudo dilucidar la estructura tridimensional de tres proteínas modelo con una resolución sin precedentes, con una precisión de 0,5 Angstroms (0,05 nanómetros) para la posición de los átomos de la cadena principal de la proteína. En particular, identificaron una conformación significativamente diferente en una región localizada de una de las proteínas en comparación con su estructura de referencia en solución diluida. La diferencia conformacional entre las proteínas "en las células" y "en los tubos de ensayo" probablemente fue causada por interacciones no específicas con otras moléculas dentro de las células. Cada vez está más claro que estas interacciones contribuyen a las funciones biológicas de las proteínas:se espera que la capacidad de localizar y cuantificar los cambios estructurales de las proteínas en un entorno intracelular tenga un impacto significativo en la investigación biomédica, haciendo posible ver cómo diferentes condiciones, p. ej. Las enfermedades neurodegenerativas afectan las conformaciones de proteínas in situ, y medir cuantitativamente cómo los tratamientos impactan las anomalías estructurales.