El diseño de proteínas es un campo popular y de rápido crecimiento. con científicos que diseñan nuevas jaulas de proteínas, nanoestructuras en forma de cápsulas para fines como la terapia génica y la administración de fármacos dirigida. Muchas de estas estructuras creadas en el laboratorio, aunque quizás sea estéticamente agradable para los químicos, tienen agujeros demasiado grandes para atrapar una molécula objetivo o no se abren cuando se le ordena, limitando su alcance funcional.

Pero los nuevos hallazgos de la investigación, por el profesor de química y bioquímica de UC San Diego, Akif Tezcan, ofrecen una arquitectura de proteínas con pequeños agujeros, "poros" en la jerga química. Los resultados, publicado en Naturaleza , empujar los límites del diseño de proteínas sintéticas más allá de lo que se considera el estado de la técnica.

"Si las moléculas pueden ir y venir libremente a través de estos agujeros, no vas a poder guardar pequeñas cosas en el interior, "explicó Tezcan." Las jaulas de proteínas que la gente ha diseñado antes tienen la forma y la simetría correctas, pero en su mayoría son como pelotas de Wiffle, no necesariamente aíslan el interior del exterior ".

Al adaptar la superficie de pequeños bloques de construcción de proteínas con múltiples sitios de unión a metales, El equipo de Tezcan desarrolló una nueva jaula de proteínas con pequeños poros que atrapan moléculas de forma segura en su interior.

"Este proyecto es una adición significativa al campo porque demuestra que el diseño mínimo se puede utilizar para generar módulos, jaulas de proteínas responsables de los estímulos que se acercan a la complejidad de los sistemas evolucionados naturalmente, "dijo el coautor Rohit Subramanian, estudiante de posgrado en el laboratorio de Tezcan.

Adicionalmente, la nueva estructura se puede abrir vía química, térmica o redox (transferencia de electrones entre un conjunto de átomos, moléculas o iones con la misma fórmula química) reacciones. Según Tezcan, El equipo de investigación de UC San Diego estaba idealmente situado para crear el nuevo diseño de jaula de proteínas con sus conocimientos de química inorgánica, específicamente la química de coordinación de metales, que marcó la diferencia.

El primer autor del artículo, titulado "Construcción de poliedros de proteínas a través de interacciones químicas ortogonales, "es Eyal Golub, un ex becario postdoctoral en el Tezcan Lab que concibió el proyecto y realizó muchos de los experimentos.

"Al evaluar nuestros diseños, descubrimos que uno resultó en la formación de una jaula de seis proteínas en lugar de la jaula de 12 proteínas que esperábamos, ", dijo Golub." Este resultado fue especialmente importante para el proyecto porque demostró una adaptabilidad que permitió diferentes tipos de simetrías de jaula utilizando el mismo andamio de diseño ".

Debido a que las jaulas de proteínas están estrechamente interconectadas, formas poliédricas, como una pelota de fútbol, ​​su construcción a partir de bloques de construcción más simples debe cumplir con estrictos requisitos de simetría. Otros diseñadores han evitado en gran medida este desafío mediante el uso de bloques de construcción de proteínas con simetrías inherentes, conectándolos a través de interacciones relativamente fuertes. Estas estrategias, sin embargo, conducen a arquitecturas muy porosas que no pueden abrirse y cerrarse como lo hacen las jaulas de proteínas naturales. Virus por ejemplo, son ejemplos de jaulas de proteínas en la naturaleza. Contienen carga genética en su interior y los entregan a las células huésped que infectan. La novedosa estrategia de los investigadores de UC San Diego les permitió organizar los bloques de construcción en orientaciones precisas y simetrías adecuadas para construir jaulas de proteínas y, al mismo tiempo, controlar su dinámica a través de los iones metálicos.

El documento también incluye visualizaciones detalladas de la jaula de proteínas que fueron posibles gracias a la colaboración con el profesor Tim Baker y su grupo en la División de Ciencias Biológicas de UC San Diego. Sección de Biología Molecular, con las instalaciones de Cristalografía y Cryo-EM (microscopía crioelectrónica) de UC San Diego.

"Sabíamos que necesitábamos diferentes técnicas para comprender las estructuras de nuestras jaulas de proteínas, ", dijo Tezcan." En UC San Diego, siempre hay alguien que tiene la experiencia para ayudar, alguien dispuesto a colaborar y enseñarnos cómo hacerlo ".

En cuanto al siguiente paso, Tezcan dijo que hay más desarrollo por hacer.

"¿Podemos hacer jaulas más grandes, ¿Podemos encapsular una carga más grande? ¿Podemos realmente llevarlo a las células? Pero estamos muy entusiasmados con el aspecto fundamental e interdisciplinario de este proyecto, que muestra el poder de la intuición química simple para abordar un complejo rompecabezas biológico, " él dijo.