Discovery of a buried charge-network GFP-fold family spanning prokaryotes and eukaryotes (Draft manuscript)
Questo studio rivela una famiglia di proteine con ripiegamento GFP, scoperta di recente e conservata evolutivamente, che attraversa procarioti ed eucarioti e che sostituisce il cromoforo fluorescente canonico con una rete di cariche altamente vincolata e sepolta composta da due arginine, due glutammati e una tirosina, un motivo che si trova anche convergentemente nella famiglia non correlata DUF2490.
Articolo originale dedicato al pubblico dominio sotto CC0 1.0 (https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
Immaginate il mondo della biologia come una gigantesca biblioteca dove ogni essere vivente conserva un set di progetti per costruire se stesso. Per decenni, gli scienziati sono stati ossessionati da un progetto specifico e luminoso, trovato soprattutto negli animali marini come le meduse e i coralli. Questo progetto crea una proteina chiamata Green Fluorescent Protein (GFP), che agisce come una piccola lanterna auto-illuminante. Poiché brilla intensamente e può essere accesa all'interno delle cellule, gli scienziati la usano come una "torcia genetica" per osservare come funzionano i geni, dove vanno le proteine e come le cellule comunicano tra loro. Il segreto di questo bagliore è una struttura speciale a forma di lattina di soda (un beta-barrel) con un interruttore chimico all'interno che si trasforma in una lampadina.
Per molto tempo, la comunità scientifica ha creduto che questa forma a "lattina di soda" fosse esclusivamente destinata a produrre luce. Se trovavate una proteina che aveva l'aspetto di questa lattina, assumevate che fosse una torcia. Ma cosa succederebbe se ci fossero altre proteine che usano questa stessa forma robusta della lattina per un lavoro completamente diverso? E se alcune di queste lattine stessero nascondendo un meccanismo segreto che non emette luce affatto? Questa domanda è eccitante perché suggerisce che la natura potrebbe aver riutilizzato questo famoso e robusto design per molti scopi diversi, e che potremmo averli persi semplicemente perché stavamo cercando solo il bagliore.
In questo studio, i ricercatori Tanya Schneider e Marc Zimmer hanno deciso di smettere di cercare la luce e iniziare a cercare la forma. Hanno utilizzato uno strumento informatico potente chiamato AlphaFold, che predice l'aspetto delle proteine basandosi sul loro codice genetico, per scansionare milioni di proteine di batteri, funghi e coralli. Non stavano cercando le famose proteine luminose; stavano cercando qualsiasi proteina che avesse la stessa forma a "lattina di soda" ma che non possedesse le solite parti per la produzione di luce.
Ciò che hanno trovato è una rara e nascosta famiglia di proteine che chiamano la "famiglia della rete di cariche" (charge-network family). Queste proteine attraversano l'albero della vita, apparendo in batteri, funghi e persino nei coralli. Come la famosa GFP, possiedono la stessa forma a barile a undici filamenti e lo stesso meccanismo interno che di solito costruisce una lampadina. Tuttavia, invece del solito ingrediente necessario per fare luce (un amminoacido specifico chiamato tirosina), queste proteine l'hanno scambiato con qualcos'altro, come la metionina o la valina. A causa di questo scambio, non brillano.
Invece di una lampadina, l'interno di questi barili contiene un gruppo di particelle cariche molto specifico e densamente compattato: due positive (arginine), due negative (glutammati) e una tirosina centrale. I ricercatori chiamano questo una "rete di cariche sepolta" (buried charge network). Pensatela come un segreto aperto o un circuito bloccato nascosto nel profondo del nucleo della proteina. Questa rete è così importante che è stata preservata perfettamente attraverso milioni di anni di evoluzione, molto più della superficie esterna della proteina. Infatti, la parte della proteina che di solito produce la luce è quella che cambia di più, mentre questa rete nascosta rimane esattamente la stessa.
Il team ha utilizzato simulazioni informatiche avanzate per testare se questa rete fosse stabile. Hanno eseguito "filmati" digitali delle proteine in movimento nell'acqua, e la rete ha retto perfettamente, suggerendo che sia una struttura reale e funzionale e non solo un errore del computer. Hanno anche scoperto che questa stessa rete a cinque parti appare in un tipo completamente diverso di proteina (chiamata DUF2490) che vive nelle pareti esterne dei batteri. Ciò suggerisce che la natura possa aver inventato indipendentemente questa stessa rete nascosta due volte, in due forme totalmente diverse, perché è un design estremamente utile.
Nonostante tutto questo evidence, i ricercatori sono cauti nell'affermare che non sanno ancora esattamente cosa faccia questa rete. Hanno dimostrato che esiste, che è stabile e che è conservata in molte specie, ma non hanno ancora scoperto il compito chimico che svolge. È come trovare un sistema di ingranaggi intricato e misterioso all'interno di una macchina che tutti pensavano fosse solo una torcia; sapete che gli ingranaggi sono lì e che girano perfettamente, ma non sapete quale macchina stiano effettivamente azionando. Lo studio amplia la nostra comprensità della forma a "lattina di soda" della GFP, mostrando che può essere utilizzata per altro rispetto alla luce, ma il vero scopo di questa rete di cariche nascosta rimane un mistero in attesa di essere risolto in laboratorio.
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