La conception de protéines est un domaine populaire et en croissance rapide, avec des scientifiques qui conçoivent de nouvelles cages protéiques, des nanostructures de type capsule à des fins telles que la thérapie génique et l'administration ciblée de médicaments. Beaucoup de ces structures façonnées en laboratoire, tout en étant peut-être esthétiquement agréable pour les chimistes, avoir des trous trop gros pour piéger une molécule cible ou ne pas s'ouvrir sur commande, limitant leur portée fonctionnelle.
Mais de nouveaux résultats de recherche, par le professeur de chimie et de biochimie UC San Diego Akif Tezcan, offrent une architecture protéique avec de petits trous — des « pores » dans le jargon de la chimie. Les résultats, Publié dans La nature , repousser les limites de la conception de protéines synthétiques au-delà de ce qui est considéré comme l'état de l'art.
"Si les molécules peuvent librement aller et venir à travers ces trous, tu ne vas pas pouvoir ranger de petites choses à l'intérieur, " a expliqué Tezcan. " Les cages à protéines que les gens ont conçues auparavant ont la bonne forme et la bonne symétrie, mais ce sont surtout des boules de Wiffle, elles n'isolent pas nécessairement l'intérieur de l'extérieur."
En adaptant la surface de petits blocs de construction de protéines avec de multiples sites de liaison aux métaux, L'équipe de Tezcan a développé une nouvelle cage à protéines avec de petits pores qui emprisonnent les molécules en toute sécurité à l'intérieur.
« Ce projet est un ajout important au domaine car il démontre qu'une conception minimale peut être utilisée pour générer des modules, des cages protéiques stimuli-responsables qui approchent la complexité des systèmes naturellement évolués, " a déclaré le co-auteur Rohit Subramanian, un étudiant diplômé du Tezcan Lab.
En outre, la nouvelle structure peut être ouverte par voie chimique, thermique ou redox (transfert d'électrons entre un ensemble d'atomes, molécules ou ions de même formule chimique). Selon Tezcan, l'équipe de recherche de l'UC San Diego était idéalement située pour créer la nouvelle conception de cage à protéines avec ses connaissances en chimie inorganique, en particulier la chimie de coordination des métaux, qui a fait la différence.
Le premier auteur de l'article, intitulé "Construire des polyèdres protéiques via des interactions chimiques orthogonales, " est Eyal Golub, un ancien chercheur postdoctoral du Tezcan Lab qui a conçu le projet et réalisé de nombreuses expériences.
« En évaluant nos conceptions, nous avons découvert que l'un d'eux entraînait la formation d'une cage à six protéines au lieu de la cage à 12 protéines que nous attendions, " a déclaré Golub. " Ce résultat était particulièrement important pour le projet car il a démontré une adaptabilité qui a permis différents types de symétries de cage en utilisant le même échafaudage de conception. "
Parce que les cages à protéines sont étroitement interconnectées, formes polyédriques, comme un ballon de football, leur construction à partir de blocs de construction plus simples doit répondre à des exigences de symétrie strictes. D'autres concepteurs ont largement évité ce défi en utilisant des blocs de construction de protéines avec des symétries inhérentes, les reliant via des interactions relativement fortes. Ces stratégies, cependant, conduire à des architectures très poreuses qui ne peuvent pas s'ouvrir et se fermer comme le font les cages à protéines naturelles. virus, par exemple, sont des exemples de cages à protéines dans la nature. Ils contiennent une cargaison génétique à l'intérieur et les livrent aux cellules hôtes qu'ils infectent. La nouvelle stratégie des chercheurs de l'UC San Diego leur a permis d'organiser les blocs de construction dans des orientations précises et des symétries appropriées pour construire des cages à protéines tout en contrôlant leur dynamique via les ions métalliques.
L'article comprend également des visualisations détaillées de la cage protéique rendues possibles grâce à des collaborations avec le professeur Tim Baker et son groupe de la division des sciences biologiques de l'UC San Diego, Section de biologie moléculaire, avec les installations de cristallographie et de cryo-EM (microscopie cryoélectronique) de l'UC San Diego.
"Nous savions que nous avions besoin de différentes techniques pour comprendre les structures de nos cages protéiques, " a déclaré Tezcan. " À l'UC San Diego, il y a toujours quelqu'un qui a l'expertise pour aider, quelqu'un prêt à collaborer et à nous apprendre comment le faire."
Quant à la prochaine étape, Tezcan a déclaré qu'il y avait plus de développement à faire.
« Pouvons-nous faire des cages plus grandes, pouvons-nous encapsuler une plus grande cargaison, pouvons-nous réellement le livrer dans les cellules? Mais nous sommes très enthousiasmés par l'aspect fondamental et interdisciplinaire de ce projet, qui montre la puissance de l'intuition chimique simple pour résoudre un puzzle biologique complexe, " il a dit.
