La revista Nature publica un estudi internacional amb participació del grup de recerca en Reactivitat Molecular i Disseny de Fàrmacs, del Departament de Química de la UIB, que aporta informació clau per estudiar la dinàmica de les proteïnes 

Les proteïnes desenvolupen un paper fonamental en la vida, ja que pràcticament tots els processos biològics en depenen. Podem trobar proteïnes amb una estructura determinada o proteïnes intrínsecament desordenades, és a dir, sense una estructura definida. La diversitat de funcions que duen a terme a l’organisme les proteïnes que pertanyen al primer grup està directament relacionada amb l’estructura molecular que presenten. Així, el plegament en què es disposen és essencial perquè cada proteïna pugui dur a terme les seves funcions biològiques correctament. És per això que un dels reptes de la comunitat científica és ampliar el coneixement que es té sobre els diversos processos que ocorren a les proteïnes i que poden afectar la seva estructura, entre els quals trobam els moviments ràpids de rotació que experimenten els aminoàcids aromàtics localitzats a l’interior d’aquest tipus de proteïnes.

Aquest ha estat precisament l’objecte d’estudi d’una recerca internacional, en la qual ha participat la Universitat de les Illes Balears i que ha publicat recentment la prestigiosa revista científica Nature. L’autora de la recerca és la doctora Laura Mariño Pérez, investigadora del grup en Reactivitat Molecular i Disseny de Fàrmacs de la Universitat de les Illes Balears, i l’ha feta en el marc d’una estada postdoctoral a l'Institut de Biologia Estructural (Grenoble, França). També hi han participat investigadors de l'Institut de Biociències Avançades (Grenoble, França), de la Universitat de la Sorbona (París, França) i la Centre mèdic del sud-oest de la Universitat de Texas (Dallas, Estats Units).

En el cas de les proteïnes amb una estructura definida, normalment presenten a l’interior aminoàcids aromàtics, com són les tirosines, fenilalanines o triptòfans. Aquests residus s’encarreguen d’estabilitzar l’estructura de la proteïna a través d’interaccions amb els aminoàcids del voltant, la qual cosa és important, atès que la funció d’una proteïna depèn de la seva estructura. 

Als anys 70, estudis fets amb ressonància magnètica nuclear (RMN) varen demostrar que aquests aminoàcids aromàtics poden fer rotacions de 180° sense afectar al plegament proteic. Amb els anys, s’ha suggerit que l’espai necessari perquè la rotació es dugui a terme es crea gràcies a moviments proteics a gran escala, que es denominen moviments de respiració (breathing motions), ja que simulen que la proteïna respira (la seva estructura augmenta i disminueix periòdicament de volum com quan el nostre pit es mou en inspirar i expirar). Aquests moviments són ràpids i, en un principi, no afecten al plegament global de la proteïna. Malgrat haver-se demostrat la seva existència, els detalls estructurals d’aquest moviments no s’han pogut descriure a causa de les dificultats per estabilitzar els intermedis o estats de transició associats a les rotacions dels anells aromàtics.

L’estudi publicat ha pogut mostrar els canvis estructurals associats a la rotació d’un anell aromàtic d’una tirosina que es troba a l’interior d’un domini SH3, una proteïna de 60 aminoàcids amb una estructura definida. Mitjançant l’ús de la RMN, s’ha mostrat que la cadena lateral de la tirosina gira cap a un estat minoritari i poc poblat, però energèticament més favorable a causa de la disminució de les interaccions estèriques. A través d’una anàlisi de les seqüències dels diferents dominis SH3 humans disponibles, s’han dissenyat mutacions a la proteïna que estabilitzen aquest estat minoritari, de manera que se n’ha pogut capturar i observar l’estructura mitjançant cristal·lografia de raigs X.

S’ha pogut veure que, durant la transició entre l’estat majoritari i l’estat minoritari, es genera un volum al voltant de la tirosina estudiada, la qual cosa possibilita la ràpida rotació de 180° del seu anell aromàtic. Així doncs, els resultats obtinguts aporten informació estructural sobre els moviments proteics associats a les rotacions d’anells aromàtics i mostren la influència de l’entorn local de la proteïna en les conformacions de les cadenes laterals dels aminoàcids que la formen.

Aquest descobriment té implicacions tant per al disseny de proteïnes com per a la predicció de la seva estructura, atès que posa de manifest que, fins i tot petites alteracions en el delicat equilibri de les interaccions que estabilitzen el nucli hidrofòbic de les proteïnes, poden donar lloc a importats canvis en la seva estructura.

Referència bibliogràfica 

Mariño Pérez, L.; Ielasi, FS; Bessa, LM [et al.] (2022).  Visualizing protein breathing motions associated with aromatic ring flipping. Nature 602, 695–700. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04417-6. 

Data de l'esdeveniment: 10/03/2022

Data de publicació: 10/03/2022