Un nou proces computațional ar putea condensa decenii de cercetare în biologia bolilor în doar câteva zile
La dimensiunea de 10 milioaneimi de metru lățime, o celulă umană este minuscule. Totuși, un alt element, și mai mic, influențează enorm activitățile celulelor: concentrația de protoni, sau pH-ul. La nivel microscopic, structurile dependente de pH reglează mișcarea și diviziunea celulară. Răspunsul alterat la pH poate accelera dezvoltarea cancerelor și a bolilor neurodegenerative precum Alzheimer și Huntington.
O echipă de cercetători de la Universitatea Notre Dame, condusă de dr. Katharine White, profesor asistent în Departamentul de Chimie și Biochimie, a dezvăluit un proces computațional inovator care poate analiza sute de proteine în câteva zile, identificând structuri proteice sensibile la pH. Această tehnologie promite să simplifice considerabil ceea ce înainte necesita teste laborioase individuale.
Provocările tradiționale în identificarea proteinelor sensibile la pH
Identificarea exactă a modului în care modificările pH-ului afectează proteinele care determină comportamentul celular a fost o provocare, cercetătorii fiind nevoiți să testeze fiecare proteină dintr-un circuit semnalizare în parte, un proces laborios și îndelungat. De exemplu, remodelarea citoscheletului actinei – esențială pentru migrarea celulară – a fost demonstrată ca fiind dependentă de pH în 1993. De atunci, numărul proteinelor sensibile la pH identificate în acest context nu a depășit patru, ceea ce sugerează că mai sunt multe de descoperit.
Cum funcționează noua linie computațională
Noua cercetare a dezvoltat și validat o linie de procesare computațională modulară, care prezice localizarea structurilor sensibile la pH, bazându-se pe date structurale și experimentale existente. Această abordare permite o evaluare rapidă a rețelelor de interacțiune charge-protein, crucială în înțelegerea comportamentului molecular al proteinelor studiate.
De exemplu, echipa de cercetători a prezis și validat sensibilitatea la pH a unui modul de legare deosebit, numit domeniul SH2, prezent în proteine esențiale pentru semnalizarea celulară și răspunsul imun.
Impactul asupra cancerului și terapiilor direcționate
Eficacitatea acestui proces de predicție se extinde dincolo de simpla identificare a proteinelor. De fapt, a dezvăluit mecanismele allosterice, care joacă un rol crucial în reglarea activității proteinelor mutante asociate cu cancerul. Studiul a arătat că mutațiile cancerigene la unele dintre site-urile sensibile la pH afectează capacitatea celulei de a controla proliferarea, rezultând în evoluția unor tipuri agresive de cancer.
Prin openarea posibilităților de descoperire a acestor site-uri și validarea lor, dr. White și echipa sa deschid drumul către dezvoltarea de medicamente țintite care pot restaura sensibilitatea normală a proteinelor afectate de mutații, fără a afecta proteinele sănătoase.
Perspectivele de viitor
Pe lângă cancer, acest proces are un potențial semnificativ în analiza bolilor neurodegenerative, diabetului și altor tulburări autoimmune. Abordarea lor reprezintă un instrument puternic pentru înțelegerea și, în cele din urmă, crearea de tratamente care pot transforma domeniul biologiei bolilor.
„Cu cât înțelegem mai bine mecanismele moleculare, cu atât mai bine putem ținti aceste mecanisme și reduce efectele negative ale mutațiilor asupra pacienților”, afirmă dr. White, subliniind importanța continuării acestei cercetări inovatoare.
