Soltero

Crédito: Christoph Burgstedt/Getty Images

En la Universidad de Oxford, los científicos han desarrollado una tecnología de nanoporos que puede identificar tres modificaciones postraduccionales (PTM) diferentes en proteínas individuales, incluso en lo más profundo de largas cadenas de proteínas. Los científicos afirmaron que su tecnología “[sienta] las bases para compilar inventarios de proteoformas en células y tejidos”.

La tecnología se introdujo en Nature Nanotechnology, en un artículo titulado "Detección de nanoporos sin enzimas de modificaciones postraduccionales dentro de polipéptidos largos". El artículo señala que la identificación de proteoformas de una sola molécula requiere conocimiento de la arquitectura de largas cadenas polipeptídicas, conocimiento que ha resultado difícil de alcanzar. Aunque existen métodos para translocar proteínas plegadas a través de nanoporos de estado sólido o nanoporos de proteínas de gran tamaño, estos métodos aún tienen que localizar PTM dentro de una secuencia polipeptídica. Los métodos que han detectado PTM solo han podido hacerlo dentro de péptidos cortos.

En su artículo, los científicos de Oxford describieron su enfoque: “Utilizamos electroósmosis en un nanoporo diseñado con carga selectiva para la captura, el despliegue y la translocación no enzimática de polipéptidos individuales de más de 1.200 residuos. Las poliproteínas de tiorredoxina no marcadas se transportan a través del nanoporo, con un despliegue cotranslocativo direccional que se produce unidad por unidad desde el extremo C o N. Los reactivos caotrópicos en concentraciones no desnaturalizantes aceleran el análisis”.

Los científicos profundizaron en la tecnología de secuenciación de ADN/ARN con nanoporos. Específicamente, los científicos utilizaron un flujo direccional de agua para capturar y desplegar proteínas 3D en cadenas lineales y alimentarlas a través de poros que eran lo suficientemente anchos como para permitir el paso de un solo aminoácido. Las variaciones estructurales se identificaron midiendo los cambios en una corriente eléctrica aplicada a través del nanoporo. Diferentes moléculas provocaron diferentes interrupciones en la corriente, dándoles una firma única.

El equipo demostró con éxito la eficacia del método para detectar tres modificaciones diferentes de PTM (fosforilación, glutationilación y glicosilación). Estos incluyeron modificaciones profundas dentro de la secuencia de la proteína. Es importante destacar que el método no requiere el uso de etiquetas, enzimas o reactivos adicionales.

Según el equipo de investigación, el nuevo método de caracterización de proteínas podría integrarse fácilmente en los dispositivos portátiles de secuenciación de nanoporos existentes para permitir a los investigadores crear rápidamente inventarios de proteínas de células y tejidos individuales. Esto podría facilitar el diagnóstico en el lugar de atención, permitiendo la detección personalizada de variantes de proteínas específicas asociadas con enfermedades como el cáncer y los trastornos neurodegenerativos.

"Este método simple pero poderoso abre numerosas posibilidades", dijo Yujia Qing, PhD, profesor asociado de química orgánica en la Universidad de Oxford y autor correspondiente del estudio actual. “Al principio, permite examinar proteínas individuales, como las implicadas en enfermedades específicas. A largo plazo, el método tiene el potencial de crear inventarios ampliados de variantes de proteínas dentro de las células, desbloqueando conocimientos más profundos sobre los procesos celulares y los mecanismos de las enfermedades”.

El otro autor correspondiente del estudio actual fue Hagan Bayley, PhD, profesor de biología química en la Universidad de Oxford y cofundador de Oxford Nanopore Technologies. Señaló que la capacidad de señalar e identificar modificaciones postraduccionales y otras variaciones de proteínas a nivel de una sola molécula "es inmensamente prometedora para avanzar en nuestra comprensión de las funciones celulares y las interacciones moleculares". Añadió que puede "abrir nuevas vías para la medicina, el diagnóstico y las intervenciones terapéuticas personalizadas".

Los autores del estudio enfatizaron que las tecnologías para analizar proteínas celulares y sus millones de variantes a nivel de una sola molécula descubrirían información sustancial previamente desconocida para la biología.

Aunque las células humanas contienen aproximadamente 20.000 genes que codifican proteínas, el número real de proteínas observadas en las células es mucho mayor, con más de 1.000.000 de estructuras diferentes conocidas. Estas variantes se generan a través de PTM, que son cambios estructurales que se producen en las proteínas después de haber sido transcritas del ADN. Estos cambios, como la adición de grupos químicos o cadenas de carbohidratos a los aminoácidos individuales que forman una proteína, dan como resultado cientos de posibles variaciones para la misma cadena proteica.

Estas variantes desempeñan funciones fundamentales en la biología, al permitir una regulación precisa de procesos biológicos complejos dentro de las células individuales. El mapeo de PTM descubriría una gran cantidad de información valiosa que podría revolucionar nuestra comprensión de las funciones celulares.