Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) han señalado cómo una clase especial de enzimas derivadas de plantas, conocidas como péptido ligasas, trabajar para unir proteínas. Tal unión es un proceso importante en el desarrollo de medicamentos, por ejemplo, al unir específicamente un fármaco de quimioterapia a un anticuerpo que reconoce marcadores tumorales para atacar las células cancerosas.

Mas ampliamente, Las ligasas peptídicas son una herramienta útil en aplicaciones biotecnológicas y biomédicas como el etiquetado de proteínas, Imágenes y rastreo de proteínas en el cuerpo.

Los científicos de NTU Singapur han demostrado que el secreto de la propiedad de 'superpegamento' de una ligasa peptídica reside en dos regiones específicas de la enzima que le dan la capacidad de unirse a otras moléculas. y alterar la velocidad a la que funciona.

El equipo de NTU dirigido por el profesor asociado Julien Lescar y el profesor James Tam de la Escuela de Ciencias Biológicas de la NTU utilizó sus nuevos conocimientos para desarrollar una nueva ligasa peptídica creada en laboratorio basada en información genética de la violeta china ( Viola yedoensis ), una planta medicinal con propiedades antibióticas y antiinflamatorias.

El péptido ligasa creado artificialmente, también conocida como péptido ligasa recombinante, puede ayudar al desarrollo de medicamentos elaborados a partir de componentes extraídos de organismos vivos, ya que supera las limitaciones de los métodos actuales, como subproductos o moléculas tóxicas que pueden alterar la función y la eficacia de un fármaco.

Los hallazgos fueron publicados en abril en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ).

Profesor asociado Julien Lescar, que también tiene su sede en el Instituto de Biología Estructural de la NTU (NISB), dijo, "Hemos utilizado lo que hemos aprendido en la naturaleza para diseñar una enzima recombinante en el laboratorio. Se adhiere a una proteína específica, que luego se une a otra proteína o molécula específica. Esta nueva forma de hacer las cosas podría respaldar mejores pruebas de diagnóstico o medicamentos contra el cáncer ".

En la actualidad, durante el desarrollo de fármacos, las moléculas de proteína se unen químicamente. Si bien esto es eficiente, el proceso deja subproductos que pueden alterar la función del producto final.

Las ligasas de péptidos de origen vegetal han demostrado ser una proteína 'superglue' más confiable que las ligasas derivadas de bacterias. o el uso de productos químicos para unir proteínas. El profesor asociado Lescar señaló que las enzimas extraídas de las plantas pueden contener trazas de contaminantes que, a su vez, podrían desencadenar alergias. y la disponibilidad de la enzima depende del éxito del cultivo y la cosecha. A diferencia de, la nueva enzima recombinante desarrollada por NTU se puede producir en laboratorios en grandes cantidades sin ningún subproducto.

Profesor James Tam, que también está en el NISB, dijo, "En términos muy simples, nuestro trabajo para crear estas ligasas proporciona una plataforma mejorada para la biofabricación de medicamentos de precisión, diagnósticos y biomateriales ".

Sacando una hoja del libro de la naturaleza

El equipo de NTU estudió la información genética de las enzimas extraídas de la violeta china ( Viola yedoensis ) y la violeta de Canadá ( Viola canadensis ). En lugar de probar la eficiencia de estas enzimas extraídas, los científicos diseñaron cinco muestras de enzimas recombinantes insertando los genes de las enzimas en un cultivo de células de insectos. De las cinco muestras, tres son péptido ligasas. Las otras dos son proteasas, que son enzimas que dividen las moléculas de proteínas en cadenas de péptidos más pequeñas.

Los científicos encontraron que una de las muestras de ligasa de péptido recombinante, VyPAL2, tiene propiedades aglutinantes excepcionales, y es 3, 000 veces más eficiente que otros tres tipos conocidos de ligasas.

Mediante un análisis estructural de VyPAL2, El equipo de NTU luego redujo los "centros de control" de su propiedad de superpegamento a dos regiones específicas, which they called LAD1 and LAD2. LAD1 affects the rate of enzymatic activity, while LAD2 determines whether the enzyme exhibits ligase or protease activity.

Turning proteases into peptide ligases

Another discovery stemming from the knowledge of the peptide ligase's molecular mechanism is a method to convert it from being a cutter (a protease) into a joiner (peptide ligase). This can be done by introducing mutations into the LAD1 and LAD2 regions of a protease.

Knowing this conversion process opens up possibilities for identifying novel interesting peptide ligases by simply trawling through protein sequence databases, said Assoc Prof Lescar.

"When you have tens of thousands of proteases, and only a few known peptide ligases, trawling through the sequence databases with the LAD1 and LAD2 regions as the search criteria could lead to the discovery of more proteases that can be converted into peptide ligases. It's like a fishing expedition, but at least now we know where to fish."

Aplicaciones futuras

The team recently received funding from NTUitive, NTU's innovation and enterprise company, and is now working to develop the recombinant enzyme into a product. The product will be eventually sold at Epitoire, a start-up founded by Assoc Prof Lescar. The start-up sells DNA, RNA and protein reagents for academics and researchers who wish to do protein modification.

The team is also partnering both local and overseas medical schools and health institutions to use this recombinant enzyme in diagnostic imaging, such as brain tumor imaging during a surgery.

A patent has been filed for the creation of the recombinant enzyme, as well as the mechanism that converts a protease into a ligase.