Η δυναμική των σύνθετων πρωτεϊνών μέσω της τεχνολογίας Bruker
Το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ έχει καταφέρει να εξερευνήσει τη δυναμική των σύνθετων πρωτεϊνών χάρη στην καινοτόμο τεχνολογία της Bruker. Ονομάζομαι Χρήστος Πλιώτας και είμαι ερευνητής στη δομική βιολογία και την ηλεκτρονική παραμαγνητική резονанс (EPR) στο Τμήμα Βιολογικών Επιστημών του Πανεπιστημίου. Η έρευνά μου επικεντρώνεται στην ανάλυση των ολοκληρωμένων μεμβρανικών πρωτεϊνών χρησιμοποιώντας τις πιο σύγχρονες μεθόδους EPR και άλλες δομικές τεχνικές, όπως η κρυο-ηλεκτρονική μικροσκοπία.
Η σημασία της EPR στη μελέτη των πρωτεϊνών
Από το διδακτορικό μου, η EPR με έχει γοητεύσει, καθώς προσφέρει πρόσβαση στο μικρόκοσμο των πρωτεϊνικών συστημάτων και επιτρέπει τη χρήση βιοφυσικών και φασματοσκοπικών εργαλείων για την αντιμετώπιση θεμελιωδών βιολογικών ερωτημάτων. Ένα μοναδικό χαρακτηριστικό της μεθόδου EPR είναι ότι μας επιτρέπει να κατανοήσουμε τη δυναμική των σύνθετων πρωτεϊνών. Πέρα από τις στατικές εικόνες, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τις κινήσεις των πρωτεϊνών για να ερμηνεύσουμε τη λειτουργία τους.
Η EPR μας επιτρέπει να παρακολουθούμε τις διαμορφωτικές συνθέσεις αυτών των πρωτεϊνών και τις ολιγομερείς καταστάσεις τους, οι οποίες είναι κρίσιμες για τη συναρμολόγηση αυτών των συμπλεγμάτων. Η μέθοδος EPR είναι μοναδική, καθώς επιτρέπει στους επιστήμονες να ανιχνεύουν σήματα από μηχανικά κέντρα σπιν μέσα σε αυτές τις πρωτεΐνες μέσω μιας μεθόδου που ονομάζεται σήμανση σπιν.
Η πρόοδος της έρευνας και οι μελλοντικές κατευθύνσεις
Η EPR είναι καθοριστική για τη μέτρηση αποστάσεων σε πολυμερή συστήματα, ιδιαίτερα στο μηχανιστικά ευαίσθητο κανάλι μικρής και μεγάλης αγωγιμότητας που ερευνούμε στο εργαστήριό μας. Αυτή η τεχνική μας επέτρεψε να παρατηρήσουμε διαμορφωτικές αλλαγές κατά την εφαρμογή τάσης στη μεμβράνη με ανάλυση σε επίπεδο άγκστρωνα, κάτι που είναι κρίσιμο για την ανίχνευση μικρών ηλικοειδών κινήσεων σε αυτά τα σημαντικά βιολογικά συστήματα.
Αυτή τη στιγμή, το όργανο EPR που χρησιμοποιούμε είναι το νέο ELEXSYS E580Q σπεκτρομέτρο από την Bruker. Συνεργαστήκαμε στενά με την Bruker για την εγκατάσταση και τη ρύθμιση αυτού του οργάνου, από τον λεπτομερή σχεδιασμό έως την εγκατάσταση, την εκπαίδευση της ομάδας και τη δοκιμή. Η διαδικασία ήταν ομαλή και περιεκτική, κάτι που ήταν απαραίτητο για την ενσωμάτωσή ενός τόσο σύνθετου αναλυτικού εργαλείου σε ένα ήδη πολυάσχολο εργαστήριο.
Αυτή τη στιγμή εστιάζουμε στα μηχανιστικά ευαίσθητα ιόντα, αλλά σχεδιάζουμε να επεκταθούμε σε δύο νέες κατευθύνσεις. Πρώτον, σκοπεύουμε να μελετήσουμε άλλες κατηγορίες μεμβρανικών πρωτεϊνών, όπως μεταφορείς ή υποδοχείς, που είναι κρίσιμοι στόχοι φαρμάκων για ασθένειες όπως ο διαβήτης και ο καρκίνος. Δεύτερον, ελπίζουμε να επεκτείνουμε τις μετρήσεις EPR σε φυσικές κυτταρικές συνθήκες.
Το νέο μας Κέντρο Αριστείας που χρηματοδοτείται από το UKRI/BBSRC είναι αφιερωμένο στην αντιμετώπιση αυτών και άλλων προκλητικών βιολογικών εφαρμογών. Θα συνεργαστούμε με άλλα κέντρα EPR στην Αγγλία, όπως το St. Andrews και το Imperial College, καθώς και με τις εθνικές εγκαταστάσεις του Μάντσεστερ. Η εκπαίδευση της επόμενης γενιάς φοιτητών και μεταδιδακτόρων είναι επίσης προτεραιότητα για να προχωρήσουμε στην πρόοδο του τομέα.
Το σπεκτρομέτρο ELEXSYS E580Q θα ενισχύσει σημαντικά την ευαισθησία των σημάτων που συλλέγουμε, κάτι που είναι κρίσιμο για τις μεμβρανικές πρωτεΐνες που συνήθως παράγονται από το κύτταρο σε μικρές ποσότητες. Επιλέξαμε το σύστημα Bruker επειδή προσφέρει την αυξημένη ευαισθησία και την υψηλή ανάλυση που απαιτείται για την αποτελεσματικότερη πρόσβαση σε διάφορες καταστάσεις πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων.
