Proteínas de membrana integrais, ou IMPs, são uma classe importante de proteínas que desempenham papéis cruciais em muitos processos celulares, incluindo a catálise de ligações dissulfeto, que são essenciais para a função e estabilidade de muitas proteínas, como anticorpos, que têm potencial terapêutico significativo.

Mas os IMPs são intrinsecamente hidrofóbicos e, portanto, têm baixa solubilidade em ambientes aquosos. Seu ambiente natural está dentro da membrana de bicamada lipídica de uma célula, o que torna difícil estudar sua estrutura e função.

Um método relatado anteriormente envolvendo técnicas de DNA recombinante padrão e alguns novos princípios de design permitiu a uma equipe de engenheiros químicos da Cornell fazer grandes quantidades de IMPs funcionais de forma simples e barata - tudo sem o uso de produtos químicos ou detergentes, que são normalmente usados ​​hoje. Essa equipe, liderado por Matt DeLisa, o William L. Lewis Professor de Engenharia na Escola de Engenharia Química e Biomolecular Robert Frederick Smith, agora usou esse método de engenharia de proteína para converter uma enzima ligada à membrana em um biocatalisador solúvel em água que funciona diretamente na célula interna aquosa.

"Você pode redesenhar essas proteínas complicadas, tornando-os solúveis em água, e talvez realmente surpreendente, eles podem continuar a catalisar suas reações biológicas naturais, "disse DeLisa, investigador principal para "Uma variante DsbB solúvel em água que catalisa a formação de ligações dissulfeto in vivo, "publicado em 19 de junho em Nature Chemical Biology .

"Para nosso conhecimento, este é o primeiro exemplo de criação de um IMP solúvel em água que retém sua atividade catalítica natural, mas o faz em um ambiente celular totalmente novo, "DeLisa disse." E porque é uma construção geneticamente modificada, pode ser expressa como qualquer outra proteína solúvel com muito pouco esforço ou dificuldade. "

O primeiro autor é Dario Mizrachi, ex-associado de pós-doutorado em engenharia química e biomolecular que agora é professor assistente na Universidade Brigham Young. Colaboradores incluíram Michael-Paul Robinson, aluno de doutorado em engenharia química e biomolecular, e Mehmet Berkmen, da New England Biolabs.

O trabalho anterior do grupo detalhou um método que eles chamaram de SIMPLEx (Solubilização de Proteínas de Membrana Integral com Altos Níveis de Expressão), para proteger os IMPs da água e permitir a produção de grandes quantidades dessas proteínas de difícil fabricação. Usando técnicas de DNA recombinante, eles costuraram uma proteína de membrana artificial com uma crise de identidade - uma que mantém sua função biológica, mas pensa que é solúvel em água.

Este último trabalho é a primeira aplicação dessa técnica. O grupo usou seus IMPs com mudança de identidade para fazer ligações dissulfeto, um tipo de modificação pós-tradução que ocorre em muitas proteínas e influencia quase todos os aspectos da biologia celular normal e da patogênese.

O grupo teve como alvo a enzima de membrana integral bacteriana DsbB, um biocatalisador central na formação de ligações dissulfeto, embora DeLisa acredite que a técnica seja transferível para uma miríade de outras proteínas de membrana.

Usando o método SIMPLEx, o grupo converteu DsbB ligado à membrana em um biocatalisador solúvel em água que poderia ser prontamente expresso no citoplasma de E. coli, onde gerou a formação de ligações dissulfeto em uma variedade de alvos proteicos.

As ligações dissulfeto são peças-chave em muitas proteínas terapêuticas, tais como anticorpos monoclonais. Muitos medicamentos contra o câncer empregam essas moléculas, que pode imitar ou aumentar o ataque do sistema imunológico às células tumorais.

A capacidade de retirar o catalisador da membrana lipídica e colocá-lo no citoplasma, DeLisa disse, permite que os cientistas façam esses anticorpos em locais potencialmente mais favoráveis ​​na célula.

"Poderíamos fazer esse caminho no citoplasma ... [ou] poderíamos mover tudo para um compartimento subcelular diferente, como o periplasma, ou potencialmente tirar todo o caminho da célula e reconstituí-lo em um sistema livre de células, "DeLisa disse." O ponto é, criamos uma quantidade enorme de flexibilidade em termos de fazer essas ligações, essencialmente transformando uma proteína de membrana em uma enzima solúvel. "