Aunque está presente en casi todas partes: alimentos, tierra, pasta de dientes y especialmente agua del grifo, el ion fluoruro es altamente tóxico para los microorganismos y las células. Para evitar la muerte, las células deben eliminar el fluoruro que se ha acumulado en su interior, un proceso que se realiza a través de canales iónicos.túneles de proteínas a través de la membrana celular que solo permiten el paso de sustancias específicas.
Los canales de iones fluoruro se han descubierto recientemente, y los estudios han insinuado una estructura inusual que podría explicar su notable selectividad para el fluoruro. Sin embargo, estos canales son pequeños y han sido extremadamente difíciles de cristalizar, lo que hasta ahora ha impedido la investigación de suestructura atomica.
En un estudio publicado en Naturaleza el 7 de septiembre de 2015, un equipo internacional de científicos superó estas limitaciones y por primera vez resolvió la estructura atómica de un canal de iones fluoruro. Descubrieron una arquitectura única de "doble cañón" que contiene dos vías a través de las cuales los iones fluoruroflujo, que representa un nuevo mecanismo de transporte de iones. Sus hallazgos arrojan luz sobre la evolución de estos canales y permiten nuevos enfoques para modificar su función, con posibles aplicaciones como el desarrollo de nuevos antibióticos.
La innovación tecnológica clave que permitió este logro fue el uso de monocuerpos: proteínas sintéticas pequeñas que pueden diseñarse a medida para unirse a ubicaciones altamente específicas en proteínas objetivo. Los monocuerpos fueron diseñados para funcionar como 'chaperonas de cristalización' que se estabilizaron y alinearoncanales de iones fluoruro para poder determinar su estructura.
"Está muy claro que las tecnologías de unión sintética ya están maduras", dijo el coautor del estudio, Shohei Koide, PhD, profesor de bioquímica y biofísica molecular en la Universidad de Chicago y líder mundial en investigación y diseño de monocuerpos ". Monobodiesson refinados y lo suficientemente potentes como para atacar preguntas importantes en biología y medicina, como la estructura del canal de iones fluoruro, pero también se pueden usar para generar moléculas que son casi inmediatamente útiles en la industria. Es emocionante para nosotros mientras continuamos revelandolas muchas posibilidades de esta poderosa tecnología "
La familia Fluc de canales de iones fluoruro se descubrió recientemente, y los estudios realizados por un equipo dirigido por Christopher Miller, PhD, Investigador HHMI y profesor de bioquímica en la Universidad de Brandeis, encontraron que se encuentran entre los canales más selectivos identificados hasta ahora.especificidad para el fluoruro y puede distinguirlo del ión cloruro estrechamente relacionado.
Para determinar la estructura atómica de estos canales, se debe utilizar una técnica conocida como cristalografía de rayos X. Esto requiere que la proteína del canal se purifique y cristalice alineada de manera altamente ordenada y reproducible. Sin embargo, las proteínas de membrana son inestablescuando se eliminan de su entorno nativo. Para evitar esto, las técnicas bioquímicas tradicionales usan compuestos detergentes para enmascarar y estabilizar las áreas de superficie que una vez residieron en la membrana celular, permitiendo que ocurra la cristalización.
Para el canal de iones fluoruro, el área de la superficie cubierta por compuestos detergentes resultó ser demasiado para que se produzca la formación de cristales, debido al pequeño tamaño del canal y a la inserción casi completa dentro de la membrana.
Para abordar este desafío, Koide, Miller y sus equipos diseñaron monocuerpos que se unían a ubicaciones objetivo en el canal de iones fluoruro, específicamente, dos pequeñas superficies no incrustadas dentro de la membrana celular. Esto expandió dramáticamente el área de superficie que podría usarse para cristalizarlos canales. Además, los monocuerpos tienen ciertas propiedades que les permiten alinearse entre sí de una manera altamente reproducible, lo que permite la creación de una red estable. Los dos grupos colaboraron con Simon Newstead, PhD y su equipo delUniversidad de Oxford, y utilizó una nueva tecnología de cristalización para proteínas de membrana. Esta colaboración de tres vías produjo la estructura atómica del canal.
Los investigadores descubrieron que el canal de iones fluoruro está compuesto por dos bloques de construcción principales, que se ensamblan de manera antiparalela. La mayoría de los canales iónicos típicos tienen solo un poro a través del cual los iones fluyen en todo el conjunto del canal, pero el canal Flucse encontró que tenía dos. Esta arquitectura se asemeja a otra clase de proteínas de membrana llamadas transportadores que usan energía para bombear activamente iones a través de la membrana celular. Sin embargo, los canales de Fluc no requieren energía. Esta similitud y distinción llevó a los investigadores a proponer que el término "channsporter "podría aplicarse a estos canales.
"La función de esta molécula es un canal, pero la arquitectura es más como un transportador", dijo Koide. "Evolutivamente, es bastante interesante. Requiere más estudio, pero esta proteína parece evolucionar de algo que probablemente tuvogeometría antiparalela que era importante para la integridad, no necesariamente la función "
Los monocuerpos también representan las primeras moléculas conocidas, naturales o sintéticas, que bloquean un canal de Fluc. La estructura con un bloqueador permitió un análisis más profundo de cómo fluyen los iones de fluoruro a través del canal. Si bien este estudio ha proporcionado pistas sobre los notables canalessensibilidad, se están realizando estudios adicionales para dilucidar aún más su dinámica física.
La capacidad de bloquear específicamente el canal de iones con monocuerpos también plantea posibilidades intrigantes para las aplicaciones de traducción. Por ejemplo, bloquear el canal de iones de flúor en microorganismos indeseables como las bacterias patógenas causaría una acumulación letal de flúor cuando están expuestos a algo tan comúncomo agua del grifo. Esto podría representar una estrategia completamente nueva para el desarrollo de antibióticos potentes.
"Con la estructura ahora conocida, podemos descubrir exactamente cómo funcionan los canales de iones de flúor y cómo controlar su función", dijo Koide. "Es un cielo azul, pero ciertamente podemos imaginar la fabricación de diferentes inhibidores de canales con monocuerpos, que podríanquizás apunte contra células y microorganismos dañinos "
"Por ahora, este estudio representa una prueba de concepto de que los monocuerpos pueden diseñarse para trabajar con objetivos muy difíciles para hacer inhibidores y determinar información estructural", agrega. "Ahora estamos trabajando con colaboradores en aplicaciones similares en muchos otros sistemas"
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Materiales proporcionado por Centro médico de la Universidad de Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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