Científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) y la Universidad de Tokio, Japón, tengo, por primera vez, sintetizó un nuevo canal iónico transmembrana artificial modelado en un canal transmembrana encontrado naturalmente involucrado en la señalización neuronal, que responde tanto a estímulos químicos como eléctricos. Dadas sus propiedades generales, este canal artificial abre las puertas a una nueva investigación fundamental sobre el transporte y la señalización celular, nuevas posibilidades en el desarrollo de fármacos, y el potencial de nuevos tipos de biosensores.

Un hilo clave que mantiene unido el delicado equilibrio de un sistema biológico complejo es el canal iónico transmembrana. Estos son supramoleculares, o multimolécula, Rutas de intercambio de iones y moléculas incrustadas dentro de las membranas celulares para garantizar el transporte químico esencial hacia y desde la célula y facilitar la señalización celular.

En años recientes, Las biomoléculas sintéticas que imitan las estructuras y funciones de los canales iónicos naturales han despertado mucho interés entre los investigadores de biología molecular como modelos para estudiar los fundamentos de estos canales y quizás, incluso creando alternativas de fármacos o desarrollando biosensores avanzados.

Sin embargo, aunque se han desarrollado varios buenos canales iónicos sintéticos, la mayoría de ellos se activan a través de un solo estímulo y ninguno es lo que los científicos llaman "anisotrópico sensible a estímulos duales, "o aquellos que pueden ser activados y controlados por dos tipos específicos de estímulos que dependen de la orientación sesgada de la estructura dentro de la membrana. Esto tiene un alcance de investigación limitado en el campo".

Ahora, finalmente, un grupo de científicos de Tokyo Tech y la Universidad de Tokio, Japón, han sintetizado con éxito una biomolécula que se asemeja a un canal anisotrópico natural sensible a estímulos duales:potencial receptor transitorio melastatina 8 (TRPM8), que subyace a las transmisiones de señales en las neuronas. Su canal se llama VF y su avance se publica en Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

VF es una molécula anfifílica multibloque (tiene propiedades tanto amantes del agua (hidrófilas) como de las grasas (lipófilas)) que puede ensamblarse para formar canales supramoleculares. Cada unidad en un bloque comprende un resto orgánico lipófilo / hidrófobo con seis átomos de fluoruro que lo colocan dentro de la bicapa lipídica de la membrana celular y le dan polaridad eléctrica; un grupo éster de fosfato que asegura que la estructura esté sesgada en su orientación (con el lado del fosfato hacia el espacio extracelular); y cadenas hidrofílicas de etilenglicol flexibles entre unidades hidrofóbicas y en los extremos que contribuyen a la respuesta a los estímulos.

Los estudios de los científicos de esta estructura mostraron que al manipular las polaridades y amplitudes de los voltajes aplicados, el canal podría estar activado. Prof. Kazushi Kinbara, científico principal del equipo, explica:"Sin la aplicación de voltaje, las unidades hidrófobas de VF se repelen entre sí de modo que estén separadas espacialmente entre sí y no formen canales iónicos transmembrana claros y funcionales. Cuando se aplica un voltaje con el vector de campo eléctrico antiparalelo a la polaridad eléctrica del VF, se produce un desplazamiento de la distribución de electrones dentro de VF, debilitando la repulsión entre unidades hidrofóbicas y mejorando su apilamiento cara a cara. Esto provoca cambios conformacionales en toda la molécula, lo que conduce a la formación de canales supramoleculares que pueden transportar iones de manera eficiente a través de la membrana ".

Los científicos descubrieron que el segundo estímulo tenía que ver con la unión del ligando (R) -propranolol en la conexión entre los ésteres de fosfato y las unidades hidrófobas. Como explica el profesor Kinbara, "El (R) -propranolol es un agente antiarrítmico conocido por bloquear los canales de sodio activados por voltaje. Además, Nuestros estudios anteriores indicaron que interactúa con grupos éster de fosfato y unidades aromáticas para localizarse dentro del poro del canal y bloquear el transporte de iones. Es por eso que lo elegimos para nuestro estudio ". Su espectroscopia de resonancia magnética nuclear reveló su unión en los sitios de fosfato, y que inhibe completamente el flujo de corriente y, por tanto, la actividad del canal iónico de VF. Su eliminación mediante la adición de β-ciclodextrina reactiva el canal. "La unión reversible de ligandos como esta es clave para mantener la homeostasis dentro del cuerpo a través de la regulación de los canales iónicos transmembrana. La orientación altamente regulada de VF permitió esta respuesta anisotrópica a esta molécula de ligando, "Dice el profesor Kinbara." Con nuestro éxito en este estudio, ahora existe un gran potencial para detectar y manipular varios eventos biológicamente importantes ".

En efecto, con la síntesis de VF, adecuado a los entornos celulares variables ubicuos en los sistemas biológicos, quizás, Surgen nuevas posibilidades de investigación en el campo de la biología molecular.