Los investigadores determinan la estructura y la dinámica de las proteínas mediante espectroscopía de RMN (resonancia magnética nuclear). Hasta ahora, sin embargo, eran necesarias concentraciones mucho más altas para las mediciones in vitro de las biomoléculas en solución que las que se encuentran en las células de nuestro cuerpo. Un método de RMN mejorado con un amplificador muy potente, en combinación con la simulación de dinámica molecular, ahora permite su detección y caracterización precisa en concentraciones fisiológicas. Así lo informa el químico Dennis Kurzbach de la Universidad de Viena y sus colegas en la revista Science Advances . El equipo demostró su nuevo método con el ejemplo de una proteína que influye en la proliferación celular y, por tanto, también en el posible crecimiento tumoral.

Actualmente, la espectroscopia de RMN es el único método que permite una descripción completa de la estructura atómica de las biomacromoléculas en su estado de solución nativo. Sin embargo, debido a la inherente baja sensibilidad del método, las muestras deben contener muchas más moléculas por volumen que las fisiológicamente comunes. Para superar esta discrepancia, se puede utilizar la hiperpolarización (más precisamente mediante la polarización nuclear dinámica de disolución) para lograr una amplificación de la señal de 1000 veces en las mediciones de RMN.

Guitarra eléctrica frente a RMN:el mismo principio

"La espectroscopia tiene algunas similitudes con una guitarra eléctrica:si el amplificador es demasiado débil, escuchará muy poco si no golpea las cuerdas con fuerza", dice Dennis Kurzbach del Instituto de Química Biológica, "lo que significa que necesita mucho material para ver una señal de RMN. Con el nuevo amplificador de hiperpolarización, ahora puede ver algo incluso a baja concentración".

Los investigadores lograron medir biomoléculas en concentraciones tan bajas como 1 micromol/litro (es decir, una millonésima parte de los niveles de concentración habituales). La concentración se acerca así a la de nuestras células. Esto es importante porque las proteínas pueden reaccionar a concentraciones anormalmente altas. Ya no hacen lo que se supone que deben hacer y de repente se comportan de manera diferente.

Además, una medida de polarización nuclear dinámica de disolución normalmente proporciona espectros unidimensionales, lo que limita la información obtenida. Para describir las proteínas de manera integral en condiciones de concentración natural, los investigadores emplearon simulaciones de dinámica molecular:"También pudimos extrapolar la huella digital que obtuvimos de nuestra molécula a través de RMN a su 'cuerpo completo', es decir, su estructura multidimensional", dice Kurzbach.

Se describe una proteína MAX significativa

El valor de este avance metodológico se demuestra utilizando el omnipresente factor de transcripción MAX. Esta proteína puede autoasociarse con varias otras proteínas (es decir, dimerización de proteínas). For example, MYC-MAX dimers have a great influence on the DNA copying processes in the cell.

With the new methods, MAX has been shown to adopt an undocumented conformation when concentrations approach physiological levels. "The folding spectrum of MAX is of crucial importance for working together with MYC and thus for the proliferation of healthy as well as diseased cells in the body," said ERC grantee Dennis Kurzbach, who is also deputy head of the Core Facility NMR at the Faculty of Chemistry.

The new method can help to better understand the process of cell proliferation to tumor growth and thus elucidate basic mechanisms for cancer development. This is just one of many potential fields of application for the new method—after all, thousands of proteins in our cells perform a wide variety of tasks, including digestion and regulation of DNA and RNA. + Explora más

Magnetic resonance makes the invisible visible