Un equipo de científicos de la Universidad de Washington y la compañía de biotecnología Illumina han creado una herramienta innovadora para detectar directamente las delicadas interacciones de una sola molécula entre el ADN y las proteínas enzimáticas. Su enfoque proporciona una nueva plataforma para ver y registrar estas interacciones a nanoescalaen tiempo real. Según informan el 28 de septiembre Biotecnología de la naturaleza , esta herramienta debería proporcionar una caracterización rápida y confiable de los diferentes mecanismos que utilizan las proteínas celulares para unirse a las cadenas de ADN, información que podría arrojar nueva luz sobre las interacciones a escala atómica dentro de nuestras células y ayudar a diseñar nuevas terapias farmacológicas contra los patógenos mediante la focalizaciónenzimas que interactúan con el ADN.
"Existen otras herramientas de una sola molécula, pero nuestra nueva herramienta es mucho más sensible", dijo el autor principal y profesor de física de la Universidad de Washington, Jens Gundlach. "Realmente podemos detectar movimientos a escala atómica que una proteína imparte en el ADN".
Como puede suceder en el proceso científico, desarrollaron esta herramienta, las pinzas de nanoporos con resolución de picómetro de molécula única, o SPRNT, mientras trabajaban en un proyecto relacionado. El equipo de UW ha estado explorando la tecnología de nanoporos para leer secuencias de ADN rápidamenteNuestros genes son largos tramos de moléculas de ADN, que están formados por combinaciones de cuatro "letras" químicas de ADN. En su enfoque, Gundlach y su equipo miden una corriente eléctrica a través de un poro biológico llamado MspA, que está incrustado dentro de una célula modificada.membrana. A medida que el ADN pasa a través de una pequeña abertura en el poro, una abertura de solo 0.00000012 centímetros de ancho, o 1/10 000 del ancho de un cabello humano, los cambios actuales se basan en la secuencia de las letras de ADN.cambios en la corriente para inferir secuencias de ADN.
Gundlach y su equipo, en el proceso de investigar la secuenciación de nanoporos, probaron una variedad de motores moleculares para mover el ADN a través del poro. Descubrieron que su configuración experimental era lo suficientemente sensible como para observar movimientos mucho más pequeños que la distancia entre letras adyacentes enel ADN. Como informan en su artículo, SPRNT es más de siete veces más sensible que las técnicas existentes para medir las interacciones entre el ADN y las proteínas.
"En general, la mayoría de las técnicas existentes para observar los movimientos de una sola molécula, como las pinzas ópticas, tienen una resolución, en el mejor de los casos, de aproximadamente 300 picómetros", dijo Gundlach. "Con SPRNT, podemos tener una resolución de 40 picómetros."
Para referencia, 40 picómetros son 0.000000004 centímetros, o aproximadamente 0.0000000016 pulgadas.
"Nos dimos cuenta de que podemos detectar pequeñas diferencias en la posición del ADN en el poro", dijo el investigador postdoctoral de física de la Universidad de Washington Andrew Laszlo, coautor del artículo. "Podríamos detectar diferencias en la forma en que las proteínas se unían aADN y moviéndolo a través del poro "
Estas diferencias explican el papel único que desempeña cada proteína celular al interactuar con el ADN. Las células tienen proteínas para copiar el ADN, "leer" el ADN para expresar genes y reparar el ADN cuando está dañado. Hay proteínas celulares que desenrollan el ADN, mientras queotros agrupan el ADN estrechamente juntos. Los biólogos han reconocido por mucho tiempo que las proteínas tienen diferentes estructuras para realizar estas funciones, pero el movimiento físico de las proteínas a medida que trabajan en el ADN ha sido difícil de detectar directamente.
"Cuando tienes el tipo de resolución que ofrece SPRNT, puedes comenzar a separar los pasos mínimos que toman estas proteínas", dijo Laszlo.
Gundlach y su equipo muestran que SPRNT es lo suficientemente sensible como para diferenciar entre los mecanismos que usan dos proteínas celulares para pasar el ADN a través de la abertura del nanoporo. Una proteína, que normalmente copia el ADN, se mueve a lo largo del ADN una letra a la vez a medida que guíaADN a través del poro. La segunda proteína, que normalmente desenrolla el ADN, en su lugar, da dos pasos a lo largo de cada letra de ADN, que podrían detectar al rastrear cambios minuciosos en la corriente, según el coautor y estudiante de doctorado de física de la Universidad de Washington Jonathan Craig.incluso descubrió que estos dos pasos implican procesos químicos secuenciales que la proteína usa para caminar a lo largo del ADN.
"Realmente puedes ver los mecanismos subyacentes, y eso tiene muchas implicaciones, desde entender cómo funciona la vida hasta el diseño de medicamentos", dijo Laszlo.
Gundlach cree que esta herramienta puede abrir una nueva ventana para comprender cómo las proteínas celulares procesan el ADN, lo que podría ayudar genéticamente a las proteínas a realizar trabajos novedosos. Estos detalles finos también pueden ayudar a los científicos a comprender cómo las mutaciones en las proteínas pueden conducir a la enfermedad o encontrar propiedades proteicasserían objetivos ideales para las terapias farmacológicas.
"Por ejemplo, los genes virales codifican sus propias proteínas que procesan su ADN", dijo Gundlach. "Si podemos usar SPRNT para detectar fármacos que interrumpen específicamente el funcionamiento de estas proteínas, es posible que interfieran con los virus"."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Original escrito por James Urton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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