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Characterization of membrane protein dynamics by hydrogen/deuterium exchange and time-resolved infrared spectroscopy, assisted by maximum entropy and Bayesian methods of analysis

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Mejores herramientas para el estudio de la dinámica de las proteínas de membrana

La dinámica de las fluctuaciones conformacionales de las proteínas solubles se ha detectado y caracterizado con éxito. Sin embargo, las limitaciones experimentales de la espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) no permiten la misma precisión en el estudio de la dinámica de las proteínas de membrana.

Salud

La espectroscopía resuelta en el tiempo resulta especialmente útil para investigar la dinámica de las proteínas, la cual está íntimamente ligada a su función, agregación y plegamiento. La dinámica de proteínas también se cobra relevancia al someter a las moléculas a perturbaciones rápidas. Esto sucede, por ejemplo, en la aplicación de un pulso láser a las proteínas con fotociclos. Tanto en experimentos de intercambio hidrógeno-deuterio (HDX) como en ensayos de perturbación, la respuesta temporal del sistema consiste en un proceso de relajación multiexponencial. Lo que se pretende caracterizar es el número, valor y naturaleza de las constantes de velocidad del proceso de relajación, no el proceso en sí. El proyecto NAGOYA2BCN tiene como objetivo desarrollar y mejorar el análisis de los datos multiexponenciales procedentes tanto de los experimentos de HDX realizados con proteínas de membrana como del estudio de los fotociclos de estas proteínas, empleando para ello métodos Bayesianos y de máxima entropía. Al mismo tiempo, ha desarrollado nuevos métodos experimentales de HDX para obtener información acerca de la dinámica de proteínas de membrana mediante espectroscopía de infrarrojos (IR), con el propósito de aplicarlos a tres sistemas de proteínas de membrana: el transportador de melibiosa, la bacteriorodopsina (bR) y una proteína quimera de un receptor acoplado a proteína G. Los resultados obtenidos indican un aumento del tiempo durante el cual se pueden monitorizar y caracterizar las fluctuaciones de las proteínas, debido al mayor margen de tiempo cubierto en los experimentos de HDX. Aunque durante el diseño experimental del método de espectroscopía de IR para aumentar el margen de tiempo de los experimentos de HDX surgieron algunos obstáculos, el equipo investigador logró desarrollar un método sencillo consistente en cambiar la proteína de un medio acuoso a otro con un 95 % de D2O en solo unos segundos. Además, gracias a la colaboración establecida con el profesor Kandori, de Nagoya (Japón), se lograron importantes avances en inferencia Bayesiana para el muestreo mediante el método Monte Carlo basado en cadenas de Markov. Otros trabajos han permitido progresar en el desarrollo y la mejora de herramientas y software que facilitarán el análisis de los datos obtenidos tanto en los experimentos de HDX como en el estudio del fotociclo de la bR. Estos avances se han incluido en un programa visual que funciona en Matlab. El éxito del proyecto NAGOYA2BCN aporta información única y esencial para comprender mejor la dinámica de las proteínas de membrana.

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