Μια νέα μελέτη που έγινε δεκτή για δημοσίευση στο Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA παρουσιάζει το NEXT-FRET, μια μέθοδο μονομοριακής παρατήρησης που επιτρέπει στους επιστήμονες να παρακολουθούν πώς αναδιπλώνονται οι πρωτεΐνες σε διάλυμα και να ανιχνεύουν παροδικές μοριακές καταστάσεις που συνήθως παραμένουν αόρατες.
Οι πρωτεΐνες είναι μικροσκοπικές μοριακές μηχανές που εκτελούν τις περισσότερες λειτουργίες μέσα στα κύτταρα. Για να λειτουργήσει σωστά μια πρωτεΐνη, πρέπει να αποκτήσει τη σωστή τρισδιάστατη μορφή. Η διαδικασία αυτή δεν είναι ένα απλό πέρασμα από μια άτακτη αλυσίδα σε μια τελική δομή. Αντίθετα, οι πρωτεΐνες περνούν συχνά από πολύ βραχύβιες ενδιάμεσες μορφές. Αυτές οι παροδικές καταστάσεις είναι σημαντικές, επειδή μπορούν να καθοδηγήσουν τη σωστή αναδίπλωση, να την καθυστερήσουν ή να παγιδεύσουν την πρωτεΐνη σε μη παραγωγικές διαδρομές που σχετίζονται με δυσλειτουργία και νόσο.
Η μελέτη επικεντρώνεται στην πρωτεΐνη δέσμευσης μαλτόζης, ένα καλά εδραιωμένο μοντέλο για τη μελέτη της αναδίπλωσης πρωτεϊνών. Με τη χρήση του NEXT-FRET, οι ερευνητές εντόπισαν μια μέχρι σήμερα κρυφή ενδιάμεση κατάσταση αναδίπλωσης σε ελεύθερα διαχεόμενα μόρια πρωτεΐνης, υπό συνθήκες κοντά στις φυσιολογικές. Επιπλέον, έδειξαν ότι ένα σηματοδοτικό πεπτίδιο και μοριακοί συνοδοί, δηλαδή κυτταρικοί παράγοντες που αλληλεπιδρούν με νεοσυντιθέμενες πρωτεΐνες, μπορούν να ανακατευθύνουν τη διαδρομή αναδίπλωσης σταθεροποιώντας διαφορετικές ενδιάμεσες καταστάσεις.
Το έργο αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα διεπιστημονικής έρευνας στο FORTH. Το Εργαστήριο Δυναμικής Δομικής Βιολογίας στο IMBB-FORTH συνέβαλε με την τεχνογνωσία του στη βιοφυσική πρωτεϊνών και τη μονομοριακή μελέτη της αναδίπλωσης. Ερευνητές του IESL-FORTH συνέβαλαν με προηγμένη βιοφωτονική, οπτικά συστήματα και υποδομές μικροσκοπίας. Η ομάδα του IACM-FORTH ανέπτυξε το μαθηματικό και στατιστικό πλαίσιο που ήταν απαραίτητο για την εξαγωγή χρονικά μεταβαλλόμενης πληροφορίας από σύνθετες μονομοριακές μετρήσεις. Η συνεργασία υποστηρίχθηκε από το Theodore Papazoglou FORTH Synergy Grant, αναδεικνύοντας πώς η συνέργεια μεταξύ Ινστιτούτων μπορεί να δημιουργήσει μεθοδολογίες που δεν θα μπορούσαν να αναπτυχθούν από μία μόνο επιστημονική περιοχή.
Με απλά λόγια, το NEXT-FRET ανασυνθέτει μια μοριακή «ταινία» της αναδίπλωσης από πολλά σύντομα στιγμιότυπα μεμονωμένων πρωτεϊνών. Σε αντίθεση με πολλές κλασικές προσεγγίσεις, δεν απαιτεί την ακινητοποίηση των πρωτεϊνών σε επιφάνειες ούτε τον διαχωρισμό τους σε μικρορευστικές διατάξεις, επιτρέποντας την παρακολούθηση της αναδίπλωσης σε διάλυμα. Αυτό καθιστά τη μέθοδο ιδιαίτερα χρήσιμη για απαιτητικά βιολογικά συστήματα, όπως πρωτεϊνικά πρόδρομα που είναι επιρρεπή σε συσσωμάτωση ή πρωτεΐνες που αλληλεπιδρούν με μοριακούς συνοδούς.
Πέρα από τη συγκεκριμένη πρωτεΐνη, η μελέτη προσφέρει μια ευρύτερη εννοιολογική πρόοδο: δείχνει ότι τα βιολογικά μόρια δεν πρέπει να κατανοούνται μόνο από την τελική τους δομή, αλλά και από τις διαδρομές, τις παρακάμψεις και τις βραχύβιες καταστάσεις που εξερευνούν στην πορεία. Αυτή η πληροφορία είναι κρίσιμη για την κατανόηση της αναδίπλωσης και λανθασμένης αναδίπλωσης πρωτεϊνών, του κυτταρικού ποιοτικού ελέγχου και μελλοντικών στρατηγικών στόχευσης δυναμικών πρωτεϊνικών καταστάσεων στη βιοτεχνολογία και την ιατρική.
Η μελέτη πραγματοποιήθηκε από τους Χαρά Σαράφογλου και Ανδρέα Κοφίδη, οι οποίοι συνέβαλαν ισότιμα, μαζί με τους Marijn de Boer, Μίκι Μυλωνάκη, Κώστα Μαβράκη και Γιάννη Ζαχαράκη. Υπεύθυνοι αλληλογραφίας είναι οι Γιάννης Πανταζής και Γιώργος Γκουρίδης. Στην εργασία συμμετείχαν ερευνητές από το FORTH, το Πανεπιστήμιο Κρήτης, το Πανεπιστήμιο του Groningen και την Kymatonics.
