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Misurare la separazione dei peptidi

L'interazione tra le membrane cellulari e i polipeptidi è fondamentale per molti fenomeni biologici, tra cui l'inserimento e il ripiegamento delle proteine di membrana, il movimento delle tossine attraverso la membrana e l'azione dei peptidi antibiotici.
Misurare la separazione dei peptidi
Negli eucarioti come l'essere umano i peptidi idrofobici vengono trasportati tramite i meccanismi del canale di traslocazione nei bistrati lipidici per formare eliche transmembrana (TM) stabili. Il meccanismo del trasferimento dei peptidi nel bistrato lipidico nei nostri organelli non è chiaro, dal momento misurazioni accurate sono ostacolate dall'aggregazione dei peptidi in soluzione.

Il progetto PEPTIDE PARTITIONING ("Experimental measurement of the direct partitioning of peptides into lipid bilayers"), finanziato dall'UE, ha eseguito con successo stime quantitative del cambiamento di energia libera che si verifica quando i peptidi vengono trasferiti dall'acqua nei bistrati lipidici. Tramite simulazioni i ricercatori hanno ripiegato singole eliche TM direttamente nelle membrane.

I risultati del progetto dovrebbero fornire nuove informazioni decisive sulla formazione e la struttura delle proteine di membrana, oltre che sulla loro funzione, utilizzando la tecnica di simulazione convalidata sperimentalmente. Questo approccio in silico potrebbe essere adattato anche per simulare le dinamiche del ripiegamento delle proteine nelle complesse proteine di membrana multipasso.

I membri di PEPTIDE PARTITIONING hanno progettato peptidi sintetici idrosolubili associati alla membrana per quantificare direttamente i cambiamenti di energia libera, utilizzando un'analisi sperimentale di inserimento nella membrana. Questi peptidi erano prodotti modificando i peptidi pHLIP (inserimento a basso pH). La loro solubilità a pH neutro e la capacità di inserirsi spontaneamente nei bistrati lipidici quando il pH viene abbassato ha permesso di misurare la loro energia libera di separazione.

Per gli studi in silico a livello atomico polipeptidi allungati in acqua hanno potuto ripiegarsi liberamente e dividersi all'interno e all'esterno dei bistrati lipidici. Si è scoperto che le misurazioni dei cambiamenti termici, degli stati di energia e delle condizioni di equilibrio erano correlate ai risultati sperimentali. I risultati sono stati convalidati su una spettroscopia di dicroismo circolare a radiazioni sincrotrone e sull'analisi sperimentale dell'inserimento nella membrana.

Una maggiore comprensione delle dinamiche delle proteine TM permetterà di progettare nuovi ripiegamenti delle proteine con importanti ripercussioni per i settori biomedico e farmaceutico. Per esempio si potrebbero sviluppare trattamenti innovativi per il cancro, i disturbi neurologici e quelli psichiatrici.

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