Eiwitten zijn de werkbijen van de cel, voornamelijk samensmelten tot macromoleculaire, complexen met meerdere componenten om ingewikkelde cellulaire taken uit te voeren.

Het proberen om dergelijke eiwitcomplexen en al hun functies binnen organismen te karakteriseren is een discipline die 'proteomics' wordt genoemd. historisch, wetenschappers hebben de vorm en functie van eiwitten bestudeerd door ze op te lossen met enzymen en de resulterende kleine gebroken stukjes te rangschikken, peptiden genoemd. Maar het op deze manier bestuderen van eiwitten veroorzaakt het verlies van veel essentiële informatie, zegt Brandon Ruotolo, een universitair hoofddocent scheikunde aan de Universiteit van Michigan.

Ruotolo en zijn team, waaronder onderzoekers van UCLA, Universiteit van Leeds en Universiteit Antwerpen, hebben een nieuwe manier ontwikkeld om eiwitcomplexen te bestuderen waarbij niet de intacte samenstellingen in het proces worden vernietigd. Hun methode is gepubliceerd in het tijdschrift Analytische scheikunde .

"Eiwitten zijn de belangrijkste aanjagers van vrijwel elk kritisch cellulair proces - alles van celdeling tot celdood, " zei Ruotolo. "Ze domineren ook drugsdoelen vanwege hun centrale belang in de context van het leven zoals wij dat kennen. Begrijpen hoe deze eiwitten werken, compositorisch, op een heel basaal niveau, is erg belangrijk om te begrijpen hoe ziekten werken."

Zowel de traditionele benadering als de methode van Ruotolo gebruiken een apparaat dat een massaspectrometer wordt genoemd, die het gewicht meet, of massa, van geïoniseerde moleculen door de moleculen in een vacuüm te trekken. In de traditionele benadering is nadat wetenschappers eiwitcomplexen hebben afgebroken tot peptiden, ze gebruiken een technologie die elektrospray-ionisatie wordt genoemd om die peptiden een elektrische lading te geven. De massaspectrometer meet vervolgens de massa van deze geladen peptiden, en breekt ze verder af met behulp van een achtergrondgas.

Maar het gebruik van enzymen om eiwitten te verteren maakt het moeilijk om de rol te begrijpen van kleinere chemische entiteiten die zich ophopen op eiwitten, posttranslationele modificaties genoemd. Elke keer dat uw cel een eiwit tot expressie brengt, het kan ook honderden van deze individuele post-translationele modificatietoestanden produceren, gezamenlijk proteovormen genoemd, zegt Ruotolo.

Het is de rangschikking van deze proteovormen binnen eiwitcomplexen die vaak hun functie bepaalt. In traditionele benaderingen om eiwitcomplexen te bestuderen, deze proteovormen gaan verloren.

"De belangrijkste bewegers en schudders in de cel zijn geen individuele eiwitten die rondlopen om werk te doen - het zijn eigenlijk tientallen eiwitten die samenkomen om supermoleculaire complexen te vormen die zeer gecompliceerde taken in de cel doen, "Zei Ruotolo. "Nu, de echte taak is om te begrijpen hoe deze grote machines werken."

Het team van Ruotolo gebruikt elektrospray-ionisatie om intacte eiwitcomplexen te ioniseren. Zoals de peptiden die typisch worden geanalyseerd in proteomics-onderzoeken, deze multiproteïne-complexen kunnen worden gesequenced door een massaspectrometer, maar het is vaak niet mogelijk om iets meer dan een klein deel van de structuur van de assembly te sequensen. Het team van Ruotolo heeft een chemische modificatiestrategie ontwikkeld die het vermogen om grote, multiproteïne-complexen direct door massaspectrometrie.

"Dit is belangrijk omdat in de massaspectrometer, je hebt connectiviteit tussen de startende proteovorm en de sequentie-ionen, " zei Ruotolo. "Bij de enzymatische vertering, die verbinding is verbroken."

In zijn studeerkamer Het team van Ruotolo ontwikkelde hun methode met behulp van drie verschillende eiwitcomplexen. Ze hopen hun methode aan te passen om grotere eiwitcomplexen te kunnen bestuderen, vele malen zo groot als die in hun studie.

"Ik denk dat we elke dag leren dat zelfs een klasse van kankers, zoals leukemie, bestaat eigenlijk uit veel verschillende ziekten, " zei Ruotolo. "De soorten metingen die we aan het ontwikkelen zijn, zullen alleen maar ons vermogen vergroten om die granulariteit waar te nemen en informatie te verschaffen die hopelijk de mogelijkheid zou kunnen bieden om nieuwe therapieën te ontdekken."

De groep heeft ook een paper gepubliceerd in Analytische scheikunde detaillering software, die is ontwikkeld in samenwerking met onderzoekers van de afdeling Computational Medicine and Bioinformatics van de U-M. De software is in staat om snel sequentie-informatie van eiwitcomplexen vast te leggen.