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O método novo ajuda a analisar proteínas durante processos dinâmicos nas membranas biológicas

Uma grande proporção de processos biològica relevantes ocorre nas membranas. Estudar a dinâmica destes processos no tempo real e sem perturbar o sistema biológico é ainda um desafio metodológico principal. Uma equipe conduzida por PETRA Schwille, director no Max Planck Institute da bioquímica, e Nikolas Hundt do Ludwig-Maximilians-Universität München desenvolveu agora um método novo com esta finalidade: Seguimento Massa-Sensível da partícula (MSPT). Usando MSPT, os movimentos e as reacções de proteínas sem etiqueta individuais nas membranas biológicas podem ser determinados unicamente por sua massa.

Os processos celulares nas membranas são frequentemente rápidos e breves. As moléculas montam momentaneamente, separam outra vez, interagem com os sócios diferentes e movem-se ao longo ou através da membrana. É conseqüentemente importante estudar não somente instantâneos estáticos destes processos, mas compreender igualmente sua dinâmica. Mas como pode isto ser conseguido metodicamente? PETRA Schwille do Max Planck Institute da bioquímica e Nikolas Hundt da universidade de Ludwig Maximilians junto com sua equipe desenvolveram a partícula Massa-Sensível do método que segue - MSPT, que reserva analisar proteínas durante processos dinâmicos nas membranas.

O ponto de partida para os biofísicos era avanços recentes na fotometria em massa, que poderia já ser usada para determinar a massa molecular de moléculas sem etiqueta na solução. O que é novo sobre MSPT é que a dinâmica de proteínas membrana-associadas pode agora ser seguida em seu ambiente biològica plausível. Neste processo, as proteínas individuais são identificadas por sua massa molecular sem a necessidade para etiquetar.

Frederik Steiert, um dos primeiros autores da publicação, diz: “Nós podemos agora seguir directamente nas membranas biológicas que proteínas individuais em massa têm, como se movem e como interagem. Isto permite que nós estudem a dinâmica de sistemas biológicos em maiores detalhes.” Analisar processos dinâmicos é particularmente importante na biologia que tantos como processos na membrana são transientes.

Determinação em massa pela dispersão de luz

Que princípios o método novo é baseado sobre? Quando a luz bate uma partícula, a luz está dispersada. A intensidade da luz dispersada depende da massa da partícula. Os vídeos em que as proteínas individuais nas membranas são feitas directamente visíveis são gravados com um microscópio. Com o auxílio do software de análise, estas proteínas podem ser seguidas e seu sinal da dispersão, e assim sua massa, pode ser determinada. Isto é actualmente possível para proteínas com um peso molecular pelo menos do kDa 50, isto é para uma grande parte de todas as proteínas conhecidas. Uma outra vantagem do método novo de MSPT é que as proteínas não têm que ser etiquetadas. Etiquetar pode ser conseguida, por exemplo, anexando etiquetas fluorescentes às moléculas. Contudo, etiquetar levanta o risco que as proteínas poderiam ser danificadas em sua função ou que as etiquetas fluorescentes poderiam descorar durante a experiência. Usando MSPT, os problemas metodológicos que podem elevarar da rotulagem são impedidos ao contrário.

Sistema da proteína de MinDE

Para demonstrar o potencial do método para perguntas biológicas, os biofísicos usaram um sistema estabelecido do laboratório de Schwille: o sistema da proteína de MinDE da bactéria Escherichia Coli (Escherichia Coli). As proteínas da mente e da mina são envolvidas na divisão de pilha de Escherichia Coli.

O método permite-nos caracterizar propriedades dos sistemas dinâmicos que não eram previamente mensuráveis. Isto permitiu que nós não somente verificassem estabeleceu resultados sobre o sistema mínimo, mas igualmente ganhassem introspecções novas.”

Tamara Heermann, primeiro autor

Usando MSPT, a equipe podia mostrar que os complexos de proteínas da mente são maiores do que pensou inicialmente. Além, as experiências fornecem primeiras introspecções que a mina pode actuar como uma parte de conexão para proteínas da mente e que pode assim iniciar a liberação da membrana de complexos maiores.

Como relatado no papel novo, MSPT fornece introspecções valiosas explicando processos dinâmicos nas membranas biológicas. Contudo, os pesquisadores estão trabalhando continuamente em melhorar o método mesmo mais adicional. No futuro, o método deve igualmente ser aplicável para proteínas integrais da membrana e deve permitir a detecção mesmo de proteínas menores.

Source:
Journal reference:

Heermann, T., et al. (2021) Mass-sensitive particle tracking to elucidate the membrane-associated MinDE reaction cycle. Nature Methods. doi.org/10.1038/s41592-021-01260-x.