Misurare le proteine alterate

Le cellule regolano la funzione delle proteine in vari modi, anche modificandone la struttura. Come con uno schiocco di dita, una proteina può assumere una forma diversa e quindi svolgere funzioni diverse, assenti o addirittura "sbagliate": Nell'uomo, le proteine che si ripiegano in modo errato possono essere la causa di gravi malattie come l'Alzheimer, il Parkinson o la fibrosi cistica. Alcune di queste proteine hanno anche la tendenza a infettare altri "conspecifici" e ad aggregarsi per formare fibrille o placche amiloidi insolubili. Queste amiloidi possono danneggiare cellule e tessuti e causare malattie.

Superati i limiti precedenti

Finora non esistevano metodi per analizzare quantitativamente le proteine strutturalmente modificate in campioni biologici complessi. Esistono diverse tecniche per analizzare le proteine strutturalmente modificate, come la cristallografia a raggi X, la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare e altre tecniche spettroscopiche. Tuttavia, questi metodi non possono essere utilizzati per analizzare campioni biologici complessi. Anche altri metodi utilizzati dai ricercatori per analizzare i cambiamenti strutturali delle proteine nelle cellule presentano dei limiti: Le proteine in questione devono essere appositamente etichettate prima dell'analisi, in modo che gli scienziati possano osservarle nei campioni. Tuttavia, questa procedura è possibile solo per poche proteine in un campione.

Il team guidato da Paola Picotti, professoressa di biologia delle reti proteiche, ha trovato un modo per misurare la maggior parte delle proteine strutturalmente modificate in qualsiasi campione biologico. Questo campione può contenere migliaia di proteine diverse. Picotti e i suoi collaboratori sono riusciti a misurare le quantità di proteine strutturalmente modificate direttamente da una miscela proteica complessa come quella presente nelle cellule. Non è stato necessario purificare o arricchire i campioni.

Combinazione di più procedure

Per il loro nuovo metodo, i ricercatori hanno combinato una tecnica "antica" e un approccio moderno alla ricerca sul proteoma. In primo luogo, ai campioni vengono aggiunti noti enzimi digestivi come la proteinasi K, che tagliano le proteine in cosiddetti peptidi a seconda della loro struttura. I frammenti possono poi essere misurati con un metodo che Paola Picotti ha contribuito a sviluppare durante il suo postdoc all'ETH. Questo metodo, noto come Selected Reaction Monitoring (SRM), consente di cercare in modo specifico molti peptidi diversi e di misurarne le quantità. I peptidi trovati possono essere utilizzati per determinare e quantificare le proteine originariamente presenti nel campione.

Il trucco è che gli enzimi digestivi tagliano proteine simili che sono ripiegate in modo diverso in punti diversi. In questo modo si ottengono diversi frammenti che, come un'impronta digitale, possono essere chiaramente assegnati alle rispettive strutture della proteina.

"Questo ci permette di utilizzare il metodo per analizzare i cambiamenti strutturali di proteine specifiche o di intere reti proteiche. Ci permette di analizzare numerose proteine contemporaneamente", spiega Picotti.

Agisce sulla proteina che causa il Parkinson

Sulla base del loro nuovo metodo, i ricercatori hanno sviluppato un test per misurare specificamente le versioni "sane" e "malate" della proteina alfa-sinucleina in campioni complessi non purificati come il sangue o il liquido spinale. L'alfa-sinucleina è considerata la causa della malattia di Parkinson. Questa proteina può cambiare la sua struttura. La variante strutturale che causa la malattia si assembla con i suoi simili per formare fibrille amiloidi, che danneggiano le cellule nervose.

Utilizzando il test, gli scienziati sono stati in grado di misurare con precisione le quantità di alfa-sinucleina che causano la malattia e quelle che non la causano direttamente nel campione. Il test fornisce anche informazioni sulla struttura della proteina. "Ci mostra quali sezioni della proteina cambiano e diventano la nuova struttura che causa la malattia", spiega Paola Picotti.

Aumento del numero di amiloidosi

Tuttavia, l'alfa-sinucleina non può ancora essere utilizzata come biomarcatore. La quantità della proteina nel sangue o nel liquido spinale di persone sane e di pazienti affetti da Parkinson è sempre più o meno la stessa. "Tuttavia, è possibile che il rapporto tra struttura patogena e apatogena dell'alfa-sinucleina cambi nel tempo", ipotizza l'ETH. "Poiché possiamo usare il nuovo metodo per misurare queste due strutture di alfa-sinucleina in un gran numero di campioni, questo potrebbe essere usato per sviluppare nuovi biomarcatori per questa malattia in futuro", spera. Il metodo permette anche di scoprire altre proteine che formano l'amiloide, precedentemente sconosciute, che potrebbero essere associate a malattie senza che se ne abbia conoscenza.

Entrambe le applicazioni - la quantificazione di una specifica proteina già nota con una struttura alterata e l'identificazione di nuove proteine con strutture deviate - sono molto rilevanti in termini medici, continua Picotti. "Il numero di amiloidosi, cioè di malattie che insorgono a causa di alterazioni della struttura delle proteine, aumenta ogni anno".