Attenzione: questa pagina è una traduzione automatica di questa pagina originariamente in lingua inglese. Si prega di notare in quanto le traduzioni sono generate da macchine, non tutte le traduzioni saranno perfetti. Questo sito web e le sue pagine web sono destinati ad essere letto in inglese. Ogni traduzione del sito e le sue pagine web possono essere imprecise e inesatte, in tutto o in parte. Questa traduzione è fornita per comodità.

I ricercatori pubblicano l'esame sulla cristallografia seriale di femtosecondo

I ricercatori dall'istituto di Mosca di fisica e della tecnologia hanno pubblicato un esame sulla cristallografia seriale di femtosecondo, uno dei metodi di promessa per analizzare la struttura terziaria delle proteine. Questa tecnica si è evoluta rapido negli ultimi dieci anni, aprendo le nuove prospettive per la progettazione razionale delle droghe che mirano alle proteine precedentemente inaccessibili all'analisi strutturale. L'articolo è uscito nella perizia del giornale sulla scoperta della droga.

Cristallografia a raggi x

La cristallografia a raggi x è uno dei metodi main per rivelare la struttura 3D delle macromolecole biologiche, quali le proteine. Ha contribuito a determinare la struttura di numerosi enzimi e ricevitori farmacologicamente importanti, permettendo alla progettazione delle droghe che mirano a queste proteine.

Il metodo comprende cristallizzare una proteina e studiarlo via la diffrazione ai raggi X. In primo luogo la proteina è isolata e depurata. Poi il solvente si asciuga gradualmente. Di conseguenza, le molecole di cui la struttura sta essendo cristalli esaminatori del modulo, caratterizzate da un ordine interno. Esponendo un cristallo ai raggi x in un'unità speciale, i ricercatori ottengono un reticolo di diffrazione. Contiene le informazioni sulle posizioni degli atomi nel cristallo. Un'analisi vicina del reticolo rivela la struttura 3D delle molecole di proteina costituenti.

Prima dell'arrivo di questo metodo, le nuove droghe principalmente sono state cercate empiricamente: cambiando la struttura delle molecole conosciute per pregiudicare la proteina bersaglio, o ordinando con le schiere delle molecole in librerie chimiche. Ora che le strutture 3D di molte proteine bersaglio sono disponibili, i ricercatori possono osservarli su uno schermo di computer ed ordinare rapidamente con milioni di composti che cercano i candidati della droga. Che il modo essi risparmia molti tempo e moneta precedentemente spesi sulla sintesi chimica e “bagni„ gli esperimenti.

La cristallografia a raggi x fornisce i buoni risultati per i cristalli che sono grandi, stabili ed omogenei - cioè, senza le impurità o i difetti strutturali. Per individuare meglio un segnale debole della diffrazione, un impulso potente di radiazione è necessario, ma non così potente quanto a distrugga il cristallo. In cristallografia a raggi x convenzionale, un a cristallo della proteina è girato nel raggio di raggi x ai reticoli di diffrazione dei prodotti per vari orientamenti spaziali. Ciò cattura le informazioni massime sulla struttura.

Metodo per gli obiettivi complessi

Presto dopo che la cristallografia a raggi x è emerso, è stato evidente che non tutte le macromolecole biologiche possono essere cristallizzate. Alcune proteine ordinariamente sono dissolte nel media interno delle cellule. Così è equo facile da metterle nella soluzione, da evaporarla e da ottenere un grande cristallo regolare. Ma proteine della membrana, molti ricevitori fra loro, cristalli del modulo che non sono grandi ed abbastanza puri per cristallografia a raggi x standard. Che detti, molte di queste proteine sono comprese nello sviluppo di malattia, significante la loro struttura è di grande interesse ai farmacologi.

Di meno che una decade fa, una soluzione è stato trovato per le proteine della membrana. Questa nuova tecnica, chiamata cristallografia a raggi x seriale di femtosecondo, o SFX, conta sui laser a elettroni liberi dei raggi x, poco prima SFX sviluppato.

Alexey Mishin, co-author di studio e vice direttore del laboratorio per biologia strutturale dei ricevitori a MIPT:

Che cosa lo fa una tecnologia dell'innovazione è molto una densità di alta energia dell'impulso del laser. L'oggetto è esposto inevitabilmente e quasi immediatamente a tale radiazione potente che va in pezzi. Ma prima che faccia, alcuni diversi quantum dello spargimento di impulso del laser fuori dal campione e finire al rivelatore. Ciò è il cosiddetto principio della diffrazione-prima-distruzione per lo studio della struttura della proteina originale.„

I laser a elettroni liberi dei raggi x hanno provato la biologia esterna utile: Nel corso degli ultimi anni, SFX è stato usato sempre più spesso dai fisici e dai chimici, anche. La prima unità è diventato disponibile agli sperimentatori nel 2009 ed ora ci sono cinque centri aperti ai ricercatori negli Stati Uniti, nel Giappone, in Corea del Sud, in Germania ed in Svizzera. Un nuovo sta sviluppando in Cina e la funzione degli Stati Uniti -- storicamente quello primo -- ha annunciato le pianificazioni per ammodernamento.

Mentre la nuova tecnologia ha offerto a ricercatori un'occhiata nella struttura delle proteine precedentemente che eludono l'analisi, egualmente ha promosso le soluzioni tecniche e matematiche novelle. La cristallografia a raggi x convenzionale comprende esporre un cristallo alla radiazione dai vari angoli ed analizzare i reticoli di diffrazione risultanti collettivamente. In SFX, l'a cristallo immediatamente si distrugge dalla prima interazione con un impulso potente dei raggi x. Così i ricercatori devono ripetere il trattamento con molti piccoli cristalli ed analizzare i dati “seriali„ generati così, quindi il nome del metodo.

Una sfida ulteriore sta selezionando i campioni per SFX. In cristallografia a raggi x convenzionale, semplicemente scegliere il più grande ed a cristallo più di alta qualità era il modo andare. Ciò ha potuto essere fatta manualmente, eyeing i campioni disponibili. La nuova procedura richiede il lavoro con una sospensione di molti piccoli cristalli della dimensione e della qualità varianti. Le centrifughe ed i filtri con le dimensioni conosciute del poro sono usati per separare i cristalli dalla dimensione.

I modi per il collocamento dei campioni nella camera hanno dovuto essere elaborati, anche. I laser a elettroni liberi dei raggi x hanno certa frequenza massima a cui possono emettere gli impulsi di radiazione. Per diminuire le spese ed il consumo di tempo, i nuovi cristalli dovrebbero essere inseriti nella camera alla stessa frequenza. Finora due approcci sono stati sviluppati per fare questo. Sotto quello primo, i cristalli forniscono la camera in una sospensione liquida, fornita da un iniettore. Il jet che lascia l'iniettore “è schiacciato„ tramite un flusso di gas per assicurare il collocamento corretto del campione. Cioè quando passa da parte a parte, un cristallo finisce precisamente al centro del raggio laser. Alternativamente, i cristalli della proteina possono diffondersi un substrato trasparente ai raggi x ed essere inseriti automaticamente nel raggio laser prima di ogni impulso.

Dal fornire i sui primi risultati nel 2011, SFX ha rivelato oltre 200 strutture della proteina. Fra loro sono 51 obiettivo potenzialmente importante per farmacologia -- ricevitori della membrana, fermenti, proteine virali, ecc. -- quello ha usato per essere inaccessibile alle tecniche analitiche convenzionali.

L'esame sistematico della tecnologia per biologia e della farmacologia dal gruppo di MIPT senza dubbio aiuterà altri ricercatori che cercano di ottenere le strutture degli obiettivi chiave della droga per sviluppare i nuovi farmaci.

Source:
Journal reference:

Mishin, A. et al. (2019) An outlook on using serial femtosecond crystallography in drug discovery. Expert Opinion on Drug Discovery. doi.org/10.1080/17460441.2019.1626822