DeepTMHMM2 enables accurate prediction of transmembrane protein topology and subcellular location

Dentro ogni cellula vivente, una sottile barriera oleosa separa il mondo interno da quello esterno. Questa barriera, nota come membrana, non è solo un muro ma un guardiano dinamico che controlla ciò che entra e ciò che esce. Per funzionare, le cellule si affidano a proteine speciali che risiedono all'interno di questa membrana, agendo come canali, sensori o ancoraggi. Alcune di queste proteine attraversano l'intera barriera, come un tunnel che scava attraverso una montagna, mentre altre si trovano sulla superficie o si immergono solo parzialmente. Gli scienziati sono stati in grado per lungo tempo di mappare le proteine che attraversano completamente la membrana, identificando i segmenti che la trafiggono e determinando verso quale direzione siano orientati. Tuttavia, una parte significativa di queste strutture molecolari rimaneva un mistero: le parti che fluttuano vicino alla superficie o che si immergono senza mai attraversare completamente l'altro lato. Comprendere la forma e la posizione complete di queste proteine è cruciale perché la loro struttura ne determina il funzionamento e, senza una mappa completa, la nostra comprensione di come operino le cellule rimane frammentata.

I ricercatori hanno ora sviluppato un nuovo strumento chiamato DeepTMHMM2 per risolvere questo tassello mancante del puzzle. Mentre i metodi precedenti potevano prevedere con precisione i segmenti di una proteina che attraversano l'intera membrana, essi non riuscivano a identificare le inserzioni parziali più sottili. Questi segmenti parziali includono le regioni rientranti, che si immergono nella membrana e tornano fuori senza attraversarla, e le eliche interfacciali, che si posizionano lungo il confine della membrana senza penetrarla completamente. Il nuovo sistema è il primo a prevedere con successo questi segmenti non attraversanti insieme a quelli tradizionali. Inoltre, va oltre determinando esattamente a quale delle diciassette diverse membrane biologiche di una cellula appartenga una proteina, invece di limitarsi a ipotizzare che si trovi in "una" membrana. Addestrandosi su vaste quantità di dati, lo strumento ha imparato a riconoscere i complessi schemi che definiscono queste strutture elusive, raggiungendo un'elevata precisione nei segmenti di attraversamento standard e, contemporaneamente, padroneggiando queste caratteristiche precedentemente trascurate.

Quando i ricercatori hanno applicato questo nuovo strumento a un enorme database di proteine note, i risultati hanno rivelato una verità sorprendente sull'architettura della vita. Hanno scoperto che questi segmenti non attraversanti non sono anomalie rare, ma una caratteristica comune del proteoma transmembrana. Infatti, l'analisi ha mostrato che le eliche interfacciali sono presenti in quasi un quarto di tutte le proteine che attraversano la membrana con una forma a spirale. Questa scoperta cambia l'immagine di come queste proteine siano costruite, mostrando che sono molto più complesse e variegate di quanto si pensasse in precedenza. Lo strumento ha imparato con successo a prevedere questi elementi aggiuntivi, dimostrando che i confini delle proteine di membrana non sono solo semplici linee di entrata e uscita, ma includono un ricco panorama di interazioni parziali che sono essenziali per la funzione biologica.