Cercetătorii dezvăluie mecanismul de asamblare a proteinelor care se extind în mediu acid
O echipă de cercetători de la Institute of Science Tokyo a reușit să elucideze calea de asamblare a proteinelor din corpurile refractile (R-bodies), structuri proteice complexe întâlnite la anumite bacterii. Studiul, publicat în revista Biomacromolecules, arată cum patru proteine cooperează pentru a construi aceste mașini proteice responsive la pH.
Corpurile refractile sunt ansambluri proteice care, în condiții de pH neutru, rămân strâns rulate, asemenea unei panglici sul. Când mediul devine acid, ele se extind rapid într-o structură spiralată de aproximativ 50 de ori mai lungă decât forma compactă. Această extensie are loc în mai puțin de o secundă și poate genera suficientă forță mecanică pentru a distruge membrana celulară.
Deși corpurile refractile au fost descoperite acum mai bine de 70 de ani, modul în care sunt construite a rămas insuficient înțeles. Corpurile refractile de tip 51 sunt formate din patru proteine – RebA, RebB, RebC și RebD – codificate de un operon cu patru gene. RebA și RebB sunt considerate componentele structurale principale, însă rolurile proteinelor RebC și RebD rămăseseră neclare.
Echipa condusă de studentul doctorand Koki Date, împreună cu profesorul asistent Kosuke Kikuchi și profesorul Takafumi Ueno de la Școala de Științe ale Vieții și Tehnologie, a combinat ingineria genetică cu microscopie avansată, teste de fluorescență, împrăștiere de raze X și spectroscopie pentru a clarifica funcția fiecărei proteine implicate în asamblarea corpului refractil de tip 51.
Cercetătorii au examinat sistematic ce se întâmplă atunci când fiecare dintre cele patru gene reb este eliminată din plasmide, atât individual, cât și în diferite combinații, folosind mutanți cu knockout de una, două sau trei gene exprimați în Escherichia coli. Apoi au comparat formele, structurile interne și compoziția proteică ale acestor mutanți cu cele ale unui corp refractil funcțional de tip sălbatic.
Rezultatele au arătat că RebD și RebC sunt esențiale pentru formarea arhitecturii corpului refractil. „Experimentele noastre au arătat că RebA și RebB singure nu sunt suficiente pentru a produce un corp refractil funcțional și extensibil. În schimb, formarea arhitecturii caracteristice, responsivă la pH, depinde de o cale de asamblare reglată care implică toate cele patru proteine”, explică Ueno.
RebD s-a dovedit a fi un element constitutiv minor, dar esențial, care ghidează formarea timpurie a unei structuri ordonate, bogate în elice α. RebC, pe de altă parte, nu a putut fi detectată în corpul refractil finalizat. Fără ea, însă, celelalte proteine s-au agregat în grămezi în loc să formeze o structură organizată. Când oricare dintre aceste proteine a fost absentă, sistemul a format preferențial agregate dezordonate, bogate în foi β, în loc de corpuri refractile funcționale.
În ansamblu, descoperirile evidențiază importanța atât a arhitecturii finale a corpurilor refractile, cât și a căii de asamblare care le produce. Prin clarificarea modului în care aceste proteine se asamblează într-o structură ordonată capabilă de mișcare, studiul oferă perspective pentru inginerii care proiectează sisteme proteice dinamice.
„Lucrarea noastră oferă principii valoroase de proiectare pentru ingineria materialelor proteice responsive la stimuli și a mașinilor microscopice pe bază de proteine, capabile să detecteze schimbările de mediu și să genereze mișcare mecanică”, concluzionează Ueno.
