De nieuwe celvrije eiwitkristallisatiemethode (CFPC), ontwikkeld door Tokyo Tech, omvat directe eiwitkristallisatie en is een belangrijke vooruitgang op het gebied van structurele biologie. Deze techniek zal de analyse van onstabiele eiwitten mogelijk maken die niet met conventionele methoden konden worden bestudeerd. Door deze te analyseren zal onze kennis van cellulaire processen en functies toenemen.

Hoewel we bekend zijn met bepaalde kristallen zoals zout en suiker die we in ons dagelijks leven gebruiken, is er een andere reeks kristallen, verborgen voor het blote oog, die cruciaal is voor onze biologie. Microscopische eiwitkristallen worden aangetroffen in levende cellen en helpen processen zoals activering van het immuunsysteem, eiwitopslag en bescherming in stand te houden.

Om de relatie tussen de structuur en functie van eiwitkristallen beter te begrijpen, hebben wetenschappers de in-cell eiwitkristallisatie (ICPC) -methode ontwikkeld, die eiwitkristallen in levende cellen direct kan observeren, waardoor hoogwaardige kristallen worden gegarandeerd zonder de noodzaak van zuiveringsprocessen of complexe screening methoden. Ondanks de vele voordelen werden er echter zeer weinig structuren gerapporteerd omdat de kristallen die in levende cellen werden gevormd niet de grootte en kwaliteit hadden die nodig waren voor analyse. Dus een team van onderzoekers uit Japan, onder leiding van prof. Takafumi Ueno van Tokyo Tech, wilde een betere methode ontwikkelen. En onlangs hebben ze een doorbraak bereikt.

In hun artikel gepubliceerd in Scientific Reports , rapporteerde het team de ontwikkeling van een techniek die eiwitkristallisatie en -analyse efficiënter en effectiever zou maken. Deze techniek - een celvrije eiwitkristallisatiemethode (CFPC) - was een hybride tussen in vitro eiwitkristallisatie en ICPC en maakte een snelle en directe vorming van eiwitkristallen mogelijk zonder ingewikkelde kristallisatie- en zuiveringsmethoden.

"ICPC zal naar verwachting een belangrijk hulpmiddel worden in kristalstructuuranalyse, maar we hebben een methode nodig om eiwitkristalstructuren met een betere resolutie te verkrijgen. Dus hebben we ons gericht op het tot stand brengen van hoogwaardige eiwitkristallisatie met behulp van CFPC met kleinschalige en snelle reacties", zegt prof. Ueno, die ook het Ueno-laboratorium van Tokyo Tech leidt. Leden van dit laboratorium bestuderen natuurlijk voorkomende eiwitsamenstellingen, hun structuur en functies, met als doel deze kennis toe te passen om innovatieve biotechnologie- en energieoplossingen te ontwikkelen.

Terugkomend op het team dat de huidige studie uitvoert (van wie sommigen ook lid zijn van het Ueno-laboratorium), gebruikten ze een tarwekiemeiwitsynthesekit, een hulpmiddel voor de synthese van polyhedrinemonomeer, een viraal eiwit geproduceerd in insectencellen door cypovirus infectie. Dit eiwit werd vervolgens gekristalliseerd met behulp van de nieuwe CFPC-methode, wat leidde tot de vorming van polyedrakristallen van nanogrootte (PhC's). Het team kon dit proces efficiënt binnen zes uur voltooien, met slechts 20 microliter van het reactiemengsel.

Scanning-elektronenmicroscopiebeelden gaven aan dat de PhC's een uitstekende zuiverheid hadden, waardoor hun structuur kon worden bepaald met een resolutie van wel 1,95 Å (of 1,95 angstrom). Om de mogelijkheden van hun nieuwe systeem verder te onderzoeken, voerde het team de structurele analyse uit van kristallijn inclusie-eiwit A (CipA). De structuur ervan werd bepaald met een hoge resolutie van 2,11 Å, iets dat nog nooit eerder was gerapporteerd voor deze studie.

Dit werk is een grote sprong voorwaarts op het gebied van structurele biologie, aangezien de methode die het voorstelt de analyse mogelijk zal maken van onstabiele eiwitten met een lage opbrengst die niet met conventionele methoden kunnen worden bestudeerd. Deze technologie is ook bedoeld om te helpen bij de ontwikkeling van geavanceerde technieken voor kleinschalige en snelle eiwitkristallisatie en analyse. "De hoogwaardige eiwitkristallen die door onze methode worden geproduceerd, zullen de horizon van structurele bepaling verbreden en ons nuttige en ongekende inzichten bieden in de complexe omgeving van levende cellen", zegt prof. Ueno. + Verder verkennen

In-cell nano-3D-printer:synthese van stabiele filamenten uit in-cell eiwitkristallen