Memecahkan kode protein pengubah bentuk – ScienceDaily

Memecahkan kode protein pengubah bentuk – ScienceDaily


Protein sistem kekebalan yang dapat berubah bentuk yang disebut XCL1 berevolusi dari satu bentuk nenek moyang ratusan juta tahun yang lalu. Sekarang, para peneliti di Medical College of Wisconsin (MCW) menemukan dasar molekuler bagaimana ini terjadi. Dalam prosesnya, mereka menemukan prinsip-prinsip yang dapat digunakan para ilmuwan untuk merancang transformator skala nano yang dibuat khusus untuk digunakan sebagai biosensor, komponen mesin molekuler, dan bahkan terapi. Penemuan ini dipublikasikan hari ini di Ilmu. Penulis utama dan senior dari naskah tersebut, masing-masing, adalah peneliti MCW Acacia Dishman, mahasiswa MD-PhD, dan Brian Volkman, PhD, profesor biokimia.

Sakelar molekuler dapat digunakan untuk mendeteksi kanker, membuat mesin berskala nano, dan bahkan membuat komputer seluler. Namun, banyak sakelar molekuler yang tersedia saat ini bergantung pada transkripsi dan terjemahan untuk mengaktifkan, dan degradasi seluler untuk mematikan, yang berarti bahwa sakelar tersebut bekerja lambat dan terkadang tidak dapat diubah. Menyalakannya seperti mengemudi ke toko, membeli bola lampu, pulang ke rumah dan memasangnya; dan mematikannya seperti menunggu bohlam mati. Dengan demikian, upaya penelitian di lapangan telah dikhususkan untuk mengembangkan sakelar molekuler yang bekerja lebih seperti menyalakan, mematikan, dan menghidupkan lagi. Salah satu cara untuk membangun sakelar semacam itu adalah dengan menggunakan protein metamorf: protein yang dapat mengadopsi lebih dari satu bentuk 3D yang berbeda, bahkan dalam kondisi fisiologis yang identik. Tetapi hingga saat ini sulit untuk menentukan alur kerja untuk desain protein metamorf yang disengaja yang dapat berfungsi sebagai transformator skala nano yang dioptimalkan untuk melakukan fungsi biomedis tertentu.

Dishman dan rekannya mencari inspirasi dari alam untuk memahami prinsip-prinsip molekuler yang diperlukan untuk membuat protein yang dapat mengambil salah satu dari dua bentuk stabil dalam kesetimbangan. Mereka mempelajari evolusi protein metamorf yang terjadi secara alami yang disebut XCL1, yang melakukan dua fungsi penting dan berbeda dalam sistem kekebalan manusia. Satu konformasi berperan dalam langsung membunuh penyerang seperti virus dan bakteri, sementara konformasi kedua menarik sel dendritik untuk mengenali antigen asing dan membunuh sel, seperti sel kanker, menghadirkannya. Melihat ke masa evolusi, tim MCW menemukan bahwa XCL1 berevolusi dari protein berstruktur tunggal kuno. Kemudian sekitar 200 juta tahun yang lalu XCL1 memperoleh kekuatan untuk mengubah bentuk. Dengan memusatkan perhatian pada titik waktu historis yang tepat ketika protein mulai bergeser di antara dua bentuk, para peneliti dapat menguraikan kode molekuler yang memungkinkan nenek moyang molekul dari protein XCL1 manusia menjadi transformator. Dalam memecahkan kode ini, Dishman, et al. telah menguraikan “instruksi manual” untuk rekayasa protein metamorf. Prinsip-prinsip ini seharusnya berguna dalam berbagai aplikasi, dari mengembangkan biosensor hingga membangun mesin skala nano. Sekarang dimungkinkan, misalnya, untuk merancang biobot mikroskopis yang menggabungkan protein transformator yang bertindak sebagai kendaraan pengiriman obat: Dalam satu konformasi yang ada dalam sirkulasi, muatan obat pembunuh kanker akan tetap terisolasi di tempat tidur kargo. Saat mendekati tumor, sinyal dari sel kanker akan mengalihkan protein metamorf ke konformasi lainnya, melepaskan obat tepat di lokasi tumor dan menghindari kerusakan jaringan normal yang dapat membuat pasien kanker sakit.

“Merupakan suatu kehormatan untuk bekerja dalam proyek ini,” kata Dishman, seorang mahasiswa pascasarjana tahun keempat di program pelatihan ilmuwan dokter MCW. “Penemuan kami menghilangkan beberapa kesalahpahaman yang telah lama dipegang tentang protein pengalih lipatan dan perannya dalam biologi evolusi. Hasil ini menunjukkan bahwa mungkin ada jauh lebih banyak protein pengubah bentuk di dunia daripada yang kami duga. Proyek ini telah dilakukan di laboratorium selama hampir satu dekade dan sangat bermanfaat untuk memecahkan beberapa pertanyaan sulit tentang evolusi XCL1. Brian memberi saya kebebasan untuk mengejar ide-ide yang menurut saya menarik dan untuk menceritakan kisah dengan cara yang menantang norma-norma di bidang kita, dan untuk itu saya Bersyukur. Saya sangat senang mendapatkan temuan ini dipublikasikan ke komunitas ilmiah yang lebih luas dan berharap kita dapat terus mengembangkan teknologi yang secara langsung menerapkan konsep ini untuk kepentingan pasien. “

Menambahkan Volkman, penulis senior dan direktur program MCW di Chemical Biology, “Acacia’s Ilmu kertas adalah puncak dari pekerjaan yang berlangsung selama bertahun-tahun. Tidak mengurangi pencapaian besarnya untuk menunjukkan bahwa orang-orang berbakat lainnya meletakkan dasar, dan saya berterima kasih kepada mereka semua, terutama Rob Tyler, yang meluncurkan studi tentang protein leluhur XCL1. Saya setuju dengan Acacia bahwa makalahnya kemungkinan besar akan menjadi tengara penting untuk studi protein metamorf. Karyanya menunjukkan bahwa peralihan lipatan bukanlah kecelakaan biologis, tetapi fitur yang dapat dipertahankan dan dioptimalkan selama skala waktu evolusioner. Saya berharap makalahnya akan meletakkan pandangan alternatif bahwa protein metamorf muncul hanya sebagai langkah perantara sementara dalam kemunculan struktur protein baru. “

Sumber Cerita:

Materi disediakan oleh Sekolah Tinggi Kedokteran Wisconsin. Catatan: Konten dapat diedit gaya dan panjangnya.

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Data SGP

Author Image
adminProzen