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Credito: Christoph Burgstedt/Getty Images

Presso l’Università di Oxford, gli scienziati hanno sviluppato una tecnologia dei nanopori in grado di identificare tre diverse modifiche post-traduzionali (PTM) nelle singole proteine, anche in profondità all’interno di lunghe catene proteiche. Gli scienziati hanno affermato che la loro tecnologia “[pone] le basi per la compilazione di inventari delle proteoforme nelle cellule e nei tessuti”.

La tecnologia è stata introdotta su Nature Nanotechnology, in un articolo intitolato “Rilevazione di nanopori senza enzimi di modifiche post-traduzionali all’interno di polipeptidi lunghi”. L'articolo osservava che l'identificazione della proteoforma di una singola molecola richiede la conoscenza dell'architettura delle lunghe catene polipeptidiche, conoscenza che si è rivelata sfuggente. Sebbene esistano metodi per la traslocazione di proteine ​​ripiegate attraverso nanopori allo stato solido o nanopori proteici di grandi dimensioni, questi metodi devono ancora individuare i PTM all'interno di una sequenza polipeptidica. I metodi che hanno rilevato i PTM sono stati in grado di farlo solo all'interno di peptidi corti.

Nel loro articolo, gli scienziati di Oxford hanno descritto il loro approccio: “Utilizziamo l’elettro-osmosi in un nanoporo ingegnerizzato a carica selettiva per la cattura non enzimatica, lo spiegamento e la traslocazione di singoli polipeptidi di oltre 1.200 residui. Le poliproteine ​​​​della tioredossina non etichettate subiscono il trasporto attraverso il nanoporo, con un dispiegamento co-traslocazionale direzionale che avviene unità per unità dal terminale C o N. I reagenti caotropici a concentrazioni non denaturanti accelerano l’analisi”.

Gli scienziati hanno elaborato la tecnologia di sequenziamento del DNA/RNA tramite nanopori. Nello specifico, gli scienziati hanno utilizzato un flusso direzionale di acqua per catturare e dispiegare le proteine ​​3D in catene lineari e alimentarle attraverso pori sufficientemente larghi da consentire il passaggio di un singolo amminoacido. Le variazioni strutturali sono state identificate misurando i cambiamenti in una corrente elettrica applicata attraverso il nanoporo. Molecole diverse hanno causato interruzioni diverse nella corrente, conferendo loro una firma unica.

Il team ha dimostrato con successo l'efficacia del metodo nel rilevare tre diverse modifiche del PTM (fosforilazione, glutationilazione e glicosilazione). Queste includevano modifiche profonde nella sequenza della proteina. È importante sottolineare che il metodo non richiede l'uso di etichette, enzimi o reagenti aggiuntivi.

Secondo il gruppo di ricerca, il nuovo metodo di caratterizzazione delle proteine ​​potrebbe essere facilmente integrato nei dispositivi portatili di sequenziamento dei nanopori esistenti per consentire ai ricercatori di costruire rapidamente inventari proteici di singole cellule e tessuti. Ciò potrebbe facilitare la diagnostica presso il punto di cura, consentendo il rilevamento personalizzato di specifiche varianti proteiche associate a malattie tra cui cancro e disturbi neurodegenerativi.

"Questo metodo semplice ma potente apre numerose possibilità", ha affermato Yujia Qing, PhD, professore associato di chimica organica presso l'Università di Oxford e autore corrispondente dello studio attuale. “Inizialmente, consente l’esame di singole proteine, come quelle coinvolte in malattie specifiche. A lungo termine, il metodo ha il potenziale per creare inventari estesi di varianti proteiche all’interno delle cellule, sbloccando conoscenze più profonde sui processi cellulari e sui meccanismi delle malattie”.

L'altro autore corrispondente dello studio attuale è stato Hagan Bayley, PhD, professore di biologia chimica all'Università di Oxford e co-fondatore di Oxford Nanopore Technologies. Ha sottolineato che la capacità di individuare e identificare le modifiche post-traduzionali e altre variazioni proteiche a livello di singola molecola “è un’enorme promessa per far avanzare la nostra comprensione delle funzioni cellulari e delle interazioni molecolari”. Ha aggiunto che potrebbe “aprire nuove strade per la medicina personalizzata, la diagnostica e gli interventi terapeutici”.

Gli autori dello studio hanno sottolineato che le tecnologie per analizzare le proteine ​​cellulari e le loro milioni di varianti a livello di singola molecola avrebbero scoperto informazioni sostanziali precedentemente sconosciute alla biologia.