Ερευνητές αποκωδικοποίησαν το μόριο που δίνει στους ζωντανούς ιστούς ευελιξία.
Η τάση που επιτρέπει στους ζωντανούς ιστούς να επεκταθούν, να συσπαστούν, να τεντωθούν και να λυγίσουν καθ ‘όλη τη διάρκεια της ζωής τους είναι το αποτέλεσμα ενός πρωτεϊνικού μορίου που ονομάζεται τροπιοελαστίνη. Είναι αξιοσημείωτο ότι αυτό το μόριο μπορεί να τεντωθεί μέχρι και οκτώ φορές στο μέγεθος του και να επιστρέψει πάλι στο αρχικό του μέγεθος.
Πλέον, για πρώτη φορά, οι ερευνητές έχουν αποκωδικοποιήσει τη μοριακή δομή αυτού του σύνθετου μορίου, καθώς και τις λεπτομέρειες του τι μπορεί να πάει στραβά με τη δομή του σε διάφορες γενετικά διεγειρόμενες ασθένειες.
Η τροπροπελαστίνη είναι το μόριο πρόδρομος της ελαστίνης, το οποίο μαζί με τις δομές που ονομάζονται μικροϊνίδια είναι το κλειδί για την ευελιξία των ιστών, συμπεριλαμβανομένου του δέρματος, των πνευμόνων και των αιμοφόρων αγγείων. Αλλά το μόριο είναι πολύπλοκο, αποτελείται από 698 αμινοξέα και είναι γεμάτο με διαταραγμένες περιοχές.
Η πρόκληση αυτή επιλύθηκε από μια ομάδα ερευνητών που χρησιμοποίησαν ένα συνδυασμό μοριακής μοντελοποίησης και πειραματικής παρατήρησης για να δημιουργήσουν μια εικόνα του ατόμου (ανά άτομο) για τη δομή του μορίου. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν αυτήν την εβδομάδα στο Proceedings of the National Academy of Sciences από τον Markus Buehler, τον Jerry McAfee, και την Anna Tarakanova. Όλη αυτή η εργασία πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με τρία πανεπιστήμια τα οποία είναι τα εξής: Το MIT (Τεχνολογικό Ινστιτούτο Μασαχουσέτης), το Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ και το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ.
Η Anna Tarakanova. ανέφερε: «Η δομή της τροπιοελαστίνης ήταν αόριστη. Οι παραδοσιακές μέθοδοι χαρακτηρισμού είναι ανεπαρκείς για την αποκωδικοποίηση αυτού του μορίου επειδή είναι αρκετά μεγάλο, διαταραγμένο και δυναμικό. Αλλά ο συνδυασμός της μοντελοποίησης με υπολογιστή, σε συνδυασμό με τις πειραματικές παρατηρήσεις που χρησιμοποίησε η ομάδα μας επέτρεψε να προβλέψουμε μια πλήρως ατομική δομή του μορίου.
Η μελέτη έδειξε πως κάποιες διαφορετικές μεταλλάξεις που προκαλούν ασθένειες στο μοναδικό γονίδιο που ελέγχει τον σχηματισμό της τροπιολαστίνης μεταβάλλουν τη δυσκαμψία και τις δυναμικές αποκρίσεις του μορίου, οι οποίες θα μπορούσαν τελικά να βοηθήσουν στο σχεδιασμό θεραπειών ή αντιμέτρων για αυτές τις καταστάσεις. Άλλες “τεχνητές” μεταλλάξεις που προκλήθηκαν από τους ερευνητές, οι οποίες δεν αντιστοιχούν σε καμία γνωστή φυσική μετάλλαξη, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την καλύτερη κατανόηση της λειτουργίας του συγκεκριμένου τμήματος του γονιδίου που επηρεάζεται από αυτή τη μετάλλαξη.
Η Tarakanova πρόσθεσε: «Μας ενδιαφέρει να διερευνήσουμε μια συγκεκριμένη περιοχή του μορίου για να κατανοήσουμε τη λειτουργία αυτής της περιοχής. Εκτός από το ότι προσδίδει ελαστικότητα, το μόριο παίζει σημαντικό ρόλο στην κυτταρική δομή και την κυτταρική προσκόλληση, επηρεάζοντας τις κυτταρικές διεργασίες που οδηγούνται από τις αλληλεπιδράσεις με συγκεκριμένες αλληλουχίες εντός του μορίου».
Η μελέτη εξέτασε επίσης συγκεκριμένες μεταβολές στο μόριο της τροπιοελαστίνης που προκαλούνται από μεταλλάξεις που σχετίζονται με γνωστές ασθένειες, όπως την Cutis Laxa, στην οποία το δέρμα στερείται ελαστικότητας και κρέμεται χαλαρό. Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι μια σημειακή μετάλλαξη που σχετίζεται με τη νόσο προκαλεί αλλαγές στο μόριο που επιφέρει τις γνωστές επιπτώσεις – ο μηχανισμός της νόσου προέρχεται πραγματικά από τις μεταβολές στη μοριακή κλίμακα».
«Η κατανόηση της δομής αυτού του μορίου δεν είναι μόνο σημαντική στο πλαίσιο της ασθένειας» επισήμανε ο Buehler «αλλά μπορεί επίσης να μας επιτρέψει να μεταφράσουμε τις γνώσεις από αυτό το βιοϋλικό σε συνθετικά πολυμερή τα οποία μπορούν να σχεδιαστούν για να ικανοποιήσουν ορισμένες τεχνικές ανάγκες. Εν ολίγοις, με την πλήρη κατανόηση της ισορροπίας και της διαταραχής του μορίου στο πλαίσιο των επιθυμητών ιδιοτήτων θα μπορούσε να ανοίξει νέες πόρτες σε διάφορες εφαρμογές».
Η μέθοδος που χρησιμοποίησαν για να αποκαλύψει τη δομή του μορίου της τροπιοελαστίνης περιελάμβανε μια τεχνική βασισμένη σε μοριακή δυναμική μοντελοποίηση και την προσομοίωση.
Ο Markus Buehler τόνισε: «Ενώ αυτή η προσέγγιση έχει χρησιμοποιηθεί για να μελετήσει απλούστερες μοριακές δομές, αυτό είναι το πρώτο έργο όπου έχουμε δείξει ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ένα πολύ διαταραγμένο μόριο στο μέγεθος της τροπιοελαστίνης και στη συνέχεια να επικυρώσει τα πειραματικά δεδομένα».
Η προσέγγιση συνδυάζει την εξέταση της “δομής του μορίου, για να εξετάσει το γενικό περίγραμμα” στο οποίο πρέπει να ταιριάζει η μοριακή δομή. Στη συνέχεια, η ερευνητική ομάδα εξέτασε λεπτομερώς τις τοπικές, δευτερογενείς δομές εντός του μορίου, οι οποίες συλλέχθηκαν από μεγάλα ποσά δεδομένων στην επιστημονική βιβλιογραφία από πειραματικές εργασίες. «Η σχέση της τοπικής δομής και της γενικής δομής μας δίνει ένα σημείο σύγκρισης με τα πειράματα» που επικυρώνει τα ευρήματά τους», ανέφερε ο Buehler.
«Οι τεχνικές που χρησιμοποίησαν θα μπορούσαν να εφαρμοστούν στην κατανόηση άλλων μεγάλων, πολύπλοκων μορίων», πρόσθεσε Buehler. «Γενικότερα, νομίζω ότι αυτή η προσέγγιση ισχύει για μεγάλα μόρια με υψηλό βαθμό διαταραχής. Οι μισές πρωτεΐνες στο σώμα σας περιέχουν περιοχές με υψηλό βαθμό διαταραχής. Αυτό μπορεί να είναι ένα πολύ ισχυρό πλαίσιο για την εξέταση πολλών βιολογικών συστημάτων».
https://texnologia.net