Interazioni tra proteine: Chi fa festa con chi e chi la rovina?

All'interno delle cellule è come una discoteca affollata: centinaia di persone fanno festa. Alcuni se ne stanno per conto loro, altri camminano tra la folla e chiacchierano con tutti quelli che incontrano. Alcuni si limitano a un saluto veloce, altri restano tutto il tempo con i loro migliori amici. In questa discoteca avvengono tutti i tipi di interazioni tra le persone. Festaioli:dentroed è lo stesso nelle cellule con le proteine.

Le cellule sono piene di molti tipi diversi di proteine che interagiscono tra loro e spesso lavorano insieme in gruppi. Questi gruppi sono chiamati complessi e sono in realtà macchine molecolari che funzionano correttamente solo quando i loro singoli componenti lavorano insieme.

L'imbucato interrompe la normale interazione

Quali proteine interagiscono tra loro e in che modo dipende anche dallo stato dell'organismo. In condizioni normali in un corpo sano, due proteine, che chiamiamo blu e rosse, si uniscono. Se le condizioni cambiano, ad esempio a causa di uno stress cellulare, la proteina blu può cambiare il suo partner di interazione e unire le forze con la proteina gialla, che non fa altro che causare problemi e quindi analizzare la festa. Disturbato.

"Le interazioni alterate tra le proteine possono portare a malattie come l'Alzheimer, il Parkinson o il cancro", spiega Cathy Marulli. È una dottoranda di Paola Picotti, professoressa presso l'Istituto di biologia dei sistemi molecolari dell'ETH di Zurigo. "È quindi importante sapere come le interazioni proteina-proteina differiscono tra stati sani e malati e come sono i siti di legame tra due proteine. Se conosciamo questi aspetti nei minimi dettagli, possiamo sviluppare sostanze attive che bloccano le interazioni indesiderate e riportano la cellula in equilibrio", spiega l'esperta.

Scoprire la rete sociale delle proteine

I biochimici dell'ETH hanno quindi sviluppato ulteriormente un approccio collaudato alla ricerca sulle proteine per analizzare l'intera rete di interazione delle proteine, il cosiddetto interactome.

Lo studio corrispondente è stato appena pubblicato sulla rivista lato esternoNatura Biotecnologia è apparso.

Picotti e i suoi collaboratori hanno sviluppato la spettrometria di massa LiP diversi anni fa. Ciò consente ai ricercatori di misurare i cambiamenti strutturali di migliaia di proteine in qualsiasi campione biologico, senza che i campioni debbano essere appositamente purificati in precedenza. Utilizzando questo metodo, hanno recentemente analizzato le proteine e i loro Funzionianalizzato. (cfr. Notizie ETH)

Ora hanno sviluppato ulteriormente la spettrometria di massa LiP per determinare anche le interazioni tra le proteine. A tal fine, hanno innanzitutto identificato circa 6000 interfacce di interazione tra proteine e altri siti che cambiano quando le proteine interagiscono tra loro. Hanno poi utilizzato questi siti come marcatori,per valutare se una proteina cambia la sua interazione con altre proteine in una certa condizione.

Per farlo, hanno utilizzato enzimi che tagliano le proteine in pezzi. Questi enzimi possono attaccare le proteine solo in siti liberamente accessibili. Se in un sito è agganciata un'altra proteina, l'enzima non può tagliarla. Informazioni dettagliate sui frammenti di proteine aiutano quindi i ricercatori ad analizzare se e dove le singole proteine interagiscono con le altre. In questo modo, i ricercatori hanno potuto analizzare le interazioni di circa 1000 proteine simultaneamente e direttamente in una matrice cellulare disordinata.

Cambiamenti marcati nelle cellule stressate

Per sviluppare il nuovo metodo, i ricercatori hanno lavorato con cellule di lievito. Hanno studiato come le interazioni delle proteine in uno stato normale differiscano da quelle in una situazione di stress innescata da una sostanza chimica.

I biochimici hanno scoperto che la situazione di stress aveva alterato circa cinque dozzine di complessi proteici e quindi le loro interazioni. I ricercatori hanno anche dimostrato che un complesso proteico chiamato SAGA svolge un ruolo importante nella rete di interazione della cellula di lievito. Quando hanno messo fuori gioco SAGA, circa due terzi dei complessi proteici si sono comportati in modo diverso nella situazione di stress. "SAGA è il DJ della festa. Quando viene disattivato, alcuni gruppi smettono di ballare. Questi influenzano gli altri partecipanti alla festa, che si ritirano a loro volta. Questo dimostra che un singolo giocatore nella cellulaha un'influenza sproporzionata sugli altri", afferma Marulli.

Trasferibile ad altre specie

Il metodo sviluppato può essere applicato anche ad altri organismi. "Per ogni specie che vogliamo analizzare, dobbiamo solo sviluppare un nuovo set di marcatori di legame, poi possiamo usare questo metodo anche per studiare le interazioni proteiche nelle cellule di altri organismi". Topi o esseri umani cellule", afferma Marulli. Il prossimo passo logico è quindi quello di determinare i marcatori di interazione per l'interattoma delle cellule umane, al fine di analizzare le interazioni proteiche difettose in un'unica soluzione.

La determinazione delle interazioni tra proteine è estremamente importante in relazione alle malattie. "Vogliamo quindiStiamo continuando a sviluppare la nostra tecnologia per scopi diagnostici e per la ricerca sui meccanismi delle malattie", ha dichiarato. Picotti. La speranza è giustificata: Gli approcci precedenti sviluppati nel suo laboratorio sono già stati trasferiti nella pratica dallo spin-off Biognosys del Politecnico di Zurigo.

La ricerca farmaceutica punta sulle interazioni

Anche la ricerca farmaceutica è molto interessata ai marcatori di interazione. Se i siti di interazione sono noti, i ricercatori possono cercare in modo efficiente composti chimici in grado di interrompere le interazioni indesiderate o di crearne di nuove.

Sostanze attive che Interazioni tra proteineLa determinazione delle interazioni proteiche è attualmente una nuova promettente direzione nella ricerca farmaceutica. Tali sostanze potrebbero essere utilizzate anche per colpire le proteine che non sono attive con i farmaci attuali. non sono accessibili. Oppure si potrebbero sviluppare nuovi farmaci con minori effetti collaterali.