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La RMN allo stato solido rivela la dinamica delle proteine ad alta risoluzione su una scala di microsecondo

Un numero in rapida crescita di tecniche per lo studio di materiali solidi attraverso la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (RMN) fornisce visioni uniche sulla struttura e la dinamica delle molecole biologiche. Adottando la RMN allo stato solido, alcuni scienziati finanziato dall’UE hanno condotto uno studio dettagliato delle proteine interne alle membrane biologiche che rappresentano bersagli per i moderni farmaci medicinali.
La RMN allo stato solido rivela la dinamica delle proteine ad alta risoluzione su una scala di microsecondo
La RMN allo stato solido consente approfondimenti impossibili con altri metodi, ivi compresa la RMN allo stato liquido. Questo metodo rileva sottili variazioni nel comportamento magnetico dei nuclei atomici derivanti da interazioni con elettroni e atomi vicini. Quasi sempre tali interazioni sono anisotrope, vale a dire che dipendono dall’orientamento delle molecole in relazione al campo magnetico.

I protoni sono tra gli elementi più abbondanti negli organismi viventi; tale caratteristica rende molto interessante la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare con rilevazione di 1H, rispetto a 15N o 13C. Tuttavia, le interazioni anisotrope danno origine a una solida rete di accoppiamenti dipolari di protoni, in grado di ampliare enormemente l’ampiezza di righe di qualsiasi segnale 1H. In tali casi, l’uso di una rotazione di angolo magico (magic angle spinning, MAS) aumentata si è dimostrato in grado di superare tale ostacolo. In base all’esempio, gli accoppiamenti dipolari 1H possono essere nell’ordine di circa 100 kHz. Elevati tassi di MAS generano segnali 1H di migliore risoluzione (10-20 Hz) e consentono l’utilizzo del trasferimento di polarizzazione utilizzando accoppiamenti scalari.

Nel progetto SOLID_NMR_DYNAMICS (Development of solid state NMR methods at 100 kHz magic angle spinning frequency for the study of internal protein dynamics and the application to membrane proteins), finanziato dall’UE, alcuni scienziati hanno utilizzato la RMN allo stato solido per misurare il rilassamento di 1H e 15N in un intervallo di tempo compreso tra pochi nanosecondi e 50 μs. Non è possibile determinare la dispersione del rilassamento in tale arco temporale con la RMN in soluzione. Le misurazioni sono importanti poiché consentono agli scienziati di indagare ulteriormente sulla dinamica della catena principale delle proteine.

Il team ha condotto una serie di esperimenti per misurare varie costanti di rilassamento di 15N e 1H nell’ubiquitina microcristallina etichettata [2H,15N,13C], dove solo il gruppo ammidico della catena principale è stato interamente protonato. Sono stati esclusi effetti coerenti come quelli originati dagli accoppiamenti dipolari 1H-1H ed effetti di temperatura. Di conseguenza, il team ha riferito che la dipendenza osservata delle costanti di tasso di rilassamento di 15N R1ρ a differenti frequenze MAS può essere attribuita alla dinamica delle proteine.

In base all’analisi, la dinamica delle proteine della catena principale avviene in un intervallo di tempo ristretto di circa 1 μs. È stato scoperto che la dinamica di amplitudine è inferiore rispetto a quanto indicato in precedenti studi sulla RMN allo stato solido.

Lo studio del progetto ha risolto il dibattito sulla presenza e l’amplitudine della dinamica della catena principale delle proteine nell’intervallo di tempo nanometro/microsecondo, dimostrando sperimentalmente in alta risoluzione la dinamica perdurante in microsecondi nell’ubiquitina microcristallina.

Informazioni correlate

Keywords

RMN allo stato solido, dinamica delle proteine, microsecondo, rotazione all’angolo magico, SOLID_NMR_DYNAMICS
Numero di registrazione: 191160 / Ultimo aggiornamento: 2017-02-21