Zainteresowanie białkami błonowymi wynika z wielości funkcji jakie pełnią w komórce. Stanowią one element receptorowy układu żywego – odpowiadają za odbiór i przekazywanie bodźców z otoczenia do wnętrza komórki. Sekwencja aminokwasowa białek błonowych odróżnia je od rozpuszczalnych białek cytoplazmy. Odnajdujemy w niej grupę aminokwasów o wyraźnie hydrofobowym charakterze, które umożliwiają zakotwiczenie łańcucha polipeptydowego w równie hydrofobowej dwuwarstwie lipidowej. Zdarza się, że grupy aminokwasów niepolarnych tworzą tandemowe powtórzenia, co przekłada się na modułową strukturę białka – motywy, domeny białek transbłonowych. Taka budowa charakteryzuje większość receptorów powierzchniowych, bez których komórka byłaby „ślepa”. Zdając sobie sprawę z kluczowej roli białek błonowych w oddziaływaniu ligand-receptor, naukowcy próbują je adaptować jako elementy sensorowe w konstrukcjach bioczujników. Ostatnio ważny krok naprzód w tej dziedzinie poczynili badacze z Instytutu Maxa Plancka. Przedstawili oni rozwiązanie, które umożliwia przezwyciężyć dotychczasowe problemy związane z pracą badawczą nad tymi molekułami (detergenty stosowane w celu izolacji skutecznie dezintegrują błonę ale również naruszają strukturę i aktywność białka). Grupa badawcza kierowana przez dr Eve-Kathrin Sinner zaproponowała system in vitro syntezy i inkorporacji do sztucznej dwuwarstwy lipidowej ssaczego trimerycznego białka G (GPCR, białko błonowe). Metodami inżynierii genetycznej skonstruowano wektor ekspresyjny pTNT zawierający: sekwencję konsensusową Kozak, sekwencję nukleotydową genu OR5 (OR5 jest receptorem węchowym należącym do klasy białek GPCR) pochodzącą od Raptus norvegicus i sekwencję łącznikową (tag) wirusa VSV (umożliwia ustalenie orientacji zsyntetyzowanego receptora OR5 z użyciem izotopowo znaczonych przeciwciał i spektroskopii fluorescencyjnej). Transkrypcję in vitro cDNA genu OR5 prowadzono z układem ekstraktu komórek T7 i Hela, a translację in vitro z wykorzystaniem komórkowego ekstraktu króliczych retikulocytów. Oba procesy zachodziły w medium zawierającym sztuczną dwuwarstwę lipidową (otrzymana z monosfery lipidowej i pęcherzyków fosftydylocholinowych), co umożliwiło bezpośrednią integrację syntetyzowanego łańcucha polipeptydowego w poprzek warstw. Etap ten jest konieczny ponieważ proces prawidłowego fałdowania się białek błonowych (minimalizacja energii swobodnej molekuły) wymaga obecności dwuwarstwy lipidowej. Niewątpliwą zaletą tak skonstruowanego układu jest planarna struktura i stabilność sztucznej błony, która spełnia wymagania techniczne jakie stawia się biologicznym elementom sensorowym przy konstrukcji bioczujników. Efekt ten uzyskano przez zastosowanie krótkiego peptydu (P19), który łączy dwuwarstwę lipidową z twardym metalicznym podłożem (silne interakcje S-Au).
Autorzy pracy przetestowali skonstruowaną przez siebie sztuczną błonę ze zintegrowanym receptorem OR5 i zauważyli specyficzną interakcję z ligandem Lilial. Świadczy to o poprawnym działaniu układu, który został stworzony by imitować rzeczywiste oddziaływanie ligand-receptor. Wyniki pracy naukowców z Instytutu Maxa Plancka wciągają do gry o „biosensing” ważną grupę białek jakimi są białka błonowe. Szczególnie jeśli chodzi o klasę białek GPCR, których badania warunkują dziś rozwój nowoczesnych leków.


Max Planck Society