Los investigadores de UT Southwestern utilizaron microscopía crioelectrónica cryo-EM para determinar la estructura casi atómica de la proteína de membrana más pequeña resuelta hasta la fecha. Su trabajo podría conducir a mejores inmunoterapias contra el cáncer y mejores tratamientos para enfermedades autoinmunes como el lupus.
Cryo-EM, la tecnología acreditada con la "revolución de resolución" en curso en biología estructural, utiliza un microscopio masivo para disparar una corriente estrecha de electrones a través de muestras delgadas congeladas por flash. La proteína STING Estimulador de genes de interferónestudiado en la instalación de microscopía crioelectrónica 24/7 de UT Southwestern, tiene aproximadamente la mitad del tamaño de la proteína de membrana más pequeña que se determine, según los investigadores.
El Dr. Zhijian "James" Chen de UT Southwestern es autor correspondiente de tres estudios publicados en línea hoy por Naturaleza que describe este trabajo. Dos estudios revelan la primera estructura completa de la esquiva proteína STING unida a diferentes moléculas en la vía. STING es un miembro clave de una vía importante en la inmunidad innata: la primera línea de defensa del cuerpo contrainfecciones. El tercer estudio da una idea de la función primitiva de la vía cGAS-STING y subraya la importancia de comprender su estructura de proteínas.
"Tener la estructura de la proteína STING de longitud completa con una resolución casi atómica es muy importante para comprender la inmunidad innata. También es importante para desarrollar fármacos que activen STING para la inmunoterapia contra el cáncer o inhiban la proteína para el tratamiento de enfermedades autoinmunes, comolupus y artritis ", dijo el Dr. Chen, Director del Centro de Investigación de Inflamación, Profesor de Biología Molecular e Investigador del Instituto Médico Howard Hughes en UT Southwestern.
El Dr. Chen recibió recientemente el Premio Avance de $ 3 millones en Ciencias de la Vida 2019 por su descubrimiento de la enzima cGAS. Ese sensor de ADN lanza la defensa inmune del cuerpo contra infecciones y cánceres en una vía en la que la proteína STING es fundamental. La enzima cGASpatrulla el interior de la célula y desencadena una respuesta inmune cuando encuentra ADN extraño. También puede desencadenar la autoinmunidad cuando encuentra ADN propio en áreas de la célula donde ese material genético no debería existir. cGAS produce una pequeña molécula llamada cGAMP GMP cíclicoAMP, que se une a STING y lanza una respuesta inmune.
"La vía cGAS-cGAMP-STING conduce a la producción de interferón en mamíferos en respuesta a la invasión de ADN", dijo el Dr. Chen. Los interferones, que son proteínas de señalización, le dicen a las células que aumenten sus defensas contra los invasores extraños.
Uno de los dos estudios estructurales reporta la primera estructura de STING en complejo con TBK1 Tank-Binding Kinase 1, la molécula que lo activa y conduce a la producción de interferones específicos y otras moléculas de señalización. Los experimentos, que utilizaron tanto humanosy las proteínas STING de pollo, también revelan el extremo posterior de STING, que era invisible en las estructuras anteriores.
Esa cola carece de STING de las anémonas marinas, el tema del tercer artículo del Dr. Chen. Las anémonas marinas son parte de un grupo de invertebrados criaturas que carecen de columna vertebral que se cree que existen durante cientos de millones de años antes de los primeros humanosese estudio descubrió que STING en las anémonas de mar puede activar una respuesta inmune a través de la autofagia. A menudo llamada limpieza celular, la autofagia elimina las moléculas no deseadas, en este caso patógenos, dentro de la célula al descomponerlas para reciclarlas.-Vía inmunológica de GAS-STING-a-autofagia, así como la vía c-GAS-STING-a-interferón que carecen de anémonas de mar.
Ese hallazgo llevó al Dr. Chen a sugerir que, como en un escorpión, "STING está en la cola". Más en serio, dijo que el estudio sugiere que la autofagia es una vía primordial primitiva para la inmunidad que se desarrolló antes que elvía de interferón encontrada en humanos.
"STING es, con mucho, la proteína de membrana más pequeña que se ha resuelto a una resolución casi atómica usando cryo-EM", dijo el Dr. Xiaochen Bai, co-corresponsal de los dos documentos de estructura STING. "Por lo tanto, este logro representaotro hito en la historia de la determinación estructural de cryo-EM, e indica que cryo-EM se ha convertido en una herramienta poderosa para estudiar pequeñas macromoléculas biológicas embebidas en membrana ". El Dr. Bai es profesor asistente de biofísica y biología celular y Virginia Murchison LinthicumAcadémico en Investigación Médica.
El tercer autor correspondiente, el Dr. Xuewu Zhang, profesor asociado de farmacología y biofísica, señaló algunos beneficios de cryo-EM.
"La tecnología preferida desde hace mucho tiempo para la biología estructural - la cristalografía de rayos X - requiere que las moléculas se cristalicen para determinar sus estructuras. Las proteínas de membrana han sido notoriamente difíciles de cristalizar", explicó el Dr. Zhang, un erudito de Virginia Murchison Linthicumen Medical Research. "Incluso cuando cristalizan, a menudo difractan un haz de rayos X muy débilmente, lo que dificulta la derivación de estructuras de alta resolución a partir de los datos de difracción. Estos nuevos estudios demuestran las ventajas especiales de cryo-EM para eliminar elnecesitan crecer cristales. Otra ventaja de cryo-EM es que es posible capturar múltiples conformaciones, o estructuras dinámicas, de una muestra, lo que nos permite generar 'películas' para comprender cómo actúan las macromoléculas ", dijo.
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Materiales proporcionado por UT Southwestern Medical Center . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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