Diseño programable de heterodímeros de proteínas ortogonales

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Biología estructural
• Biología sintética

Sus antecedentes:

• La especificidad de la interacción proteína-proteína generalmente se basa en la complementariedad de la forma de la columna vertebral, que es difícil de generalizar.
• Los métodos existentes como los heterodímeros de bobina enrollada tienen una modularidad limitada para crear pares ortogonales.
• El logro de interacciones específicas de proteínas a menudo implica variaciones modulares de la cadena lateral, a diferencia de las interacciones de ADN o proteína-ADN.

Objetivo del estudio:

• Demostrar que la especificidad de la interacción proteína-proteína puede lograrse a través de redes extensas y modulares de enlaces de hidrógeno de cadena lateral.
• Diseñar computacionalmente y validar experimentalmente nuevos heterodímeros de proteínas con alta especificidad y ortogonalidad.
• Explorar nuevas posibilidades para las interacciones biomoleculares programables en biología sintética.

Principales métodos:

• Utilizó ecuaciones de generación de Crick para crear numerosas columnas vertebrales de cuatro hélices con superenrollamiento controlado.
• Empleó el software Rosetta para el diseño de bucles y la optimización de secuencias para formar heterodímeros.
• Proteínas diseñadas expresadas y caracterizadas en Escherichia coli, incluido el análisis estructural mediante cristalografía de rayos X y el análisis de interacción utilizando espectrometría de masa nativa.

Principales resultados:

• Se han diseñado con éxito 97 heterodímeros de proteínas, de los cuales 65 forman heterodímeros constitutivos tras la expresión.
• Las estructuras cristalinas de cuatro diseños confirmaron los modelos computacionales y la presencia de redes de enlaces de hidrógeno diseñadas.
• Se ha demostrado una alta ortogonalidad en entornos celulares (seis heterodímeros totalmente ortogonales) e in vitro, con pares diseñados que muestran una unión preferente después de la desnaturalización y el recocido.

Conclusiones:

• Las redes de enlaces de hidrógeno de cadena lateral extensas y modulares pueden conferir una alta especificidad a las interacciones proteína-proteína.
• El enfoque computacional y experimental desarrollado permite el diseño de heterodímeros de proteínas ortogonales.
• Esta capacidad abre caminos para una lógica de control sofisticada basada en proteínas en biología sintética, expandiendo el repertorio de interacciones biomoleculares programables.