Information

Une protéine artificielle incroyable ouvre un potentiel pour les thérapies cellulaires intelligentes

Une protéine artificielle incroyable ouvre un potentiel pour les thérapies cellulaires intelligentes

Dans un développement remarquable pour la médecine, les scientifiques ont conçu une nouvelle protéine artificielle appelée LOCKR qui se comporte comme un circuit informatique, ouvrant la possibilité de créer des cellules «intelligentes» dont les processus biologiques peuvent être directement contrôlés.

LOCKR, une toute nouvelle forme de protéine artificielle

En médecine, quand appliquer une thérapie spécifique et dans quelle mesure elle doit être appliquée est d'une importance cruciale. Trop ou trop peu de médicament, ou si le médicament est administré trop tard ou trop tôt, peut rendre le traitement inefficace, voire dangereux. Trouver la quantité précise et le moment pour administrer une thérapie est l'un des plus grands défis de la médecine, et jusqu'à présent, il n'y avait pas de moyen efficace de faire ces déterminations.

CONNEXES: DES SCIENTIFIQUES ONT CONÇU UNE NOUVELLE PROTÉINE `` BRILLANTE ''

Désormais, des bio-ingénieurs de l'Université de Californie à San Francisco (UCSF) et de l'Université de Washington (UW) se sont réunis pour développer une nouvelle solution remarquable à ce problème; une protéine entièrement artificielle qui peut fonctionner comme un circuit qui peut transformer les cellules en `` cellules intelligentes '' qui peuvent être en mesure de déterminer quand elles ont été endommagées ou infectées et de répondre en fournissant la dose nécessaire exactement quand cela est nécessaire.

Conçue grâce à des simulations informatiques et synthétisée en laboratoire, cette nouvelle protéine - que les bio-ingénieurs appellent la pRotein Orthogonal Cage-Key Latching, ou LOCKR, est détaillée dans deux pages publiées cette semaine dans le journal. La nature--ne ressemble à aucune protéine trouvée dans la nature elle-même.

«Alors que de nombreux outils de l'arsenal biotechnologique utilisent des molécules naturelles qui ont été réutilisées pour une utilisation en laboratoire, LOCKR n'a pas d'équivalent dans la nature», a déclaré Hana El-Samad, professeur de biochimie et biophysique de la famille UCSF Kuo et co-auteur principal du nouvelles études.

«LOCKR est une biotechnologie qui a été conçue et construite par les humains du début à la fin. Cela fournit un niveau de contrôle sans précédent sur la façon dont la protéine interagit avec les autres composants de la cellule, et nous permettra de commencer à nous attaquer à des problèmes non résolus - et auparavant insolubles - en biologie, avec des implications importantes pour la médecine et l'industrie.

L'un des articles publiés décrit la structure de la nouvelle protéine, qui peut être considérée comme un coffre ou un casier - d'où son nom. À l'intérieur du casier, il y a un «bras» moléculaire qui peut être conçu pour manipuler le mouvement des molécules chimiques à travers la cellule, décomposer des molécules ou des protéines spécifiques et même dire à la cellule qu'elle doit s'autodétruire.

La clé, littéralement, de tout le processus est que le bras est verrouillé à l'intérieur de la protéine à moins qu'une autre clé chimique ne soit introduite qui s'adapte parfaitement à la serrure du LOCKR. Sans la clé chimique, le LOCKR reste inactif, exactement comme un circuit informatique est inactif en l'absence de signal électrique. L'analogie du circuit n'est pas non plus un hasard, elle a été intégrée à la conception même de la protéine.

«De la même manière que les circuits intégrés ont permis l'explosion de l'industrie des puces informatiques, ces commutateurs biologiques polyvalents et dynamiques pourraient bientôt débloquer un contrôle précis sur le comportement des cellules vivantes et, en fin de compte, sur notre santé», a déclaré El-Samad.

Création de cellules intelligentes programmables

Les circuits se construisent les uns les autres pour développer des comportements très complexes qui permettent l'électronique et l'informatique modernes, de sorte que le potentiel de développement de quelque chose de similaire pour les processus biologiques ne peut être sous-estimé. Le deuxième article publié par les bio-ingénieurs a démontré le potentiel de ce type de comportement de construction de circuits dans la cellule.

En utilisant une version modifiée de LOCKR appelée DegronLOCKR, les scientifiques ont programmé l'outil pour dégrader une protéine spécifique. La capacité de création de circuits de la protéine a permis à l'équipe de créer un mécanisme de régulation à l'intérieur de la cellule qui contrôlerait dynamiquement l'activité cellulaire en réponse aux conditions internes et externes.

Chaque fois que l'outil degronLOCKR détectait la perturbation de certaines activités cellulaires, il était capable de décomposer la protéine qui déclenchait la perturbation jusqu'à ce que la perturbation s'arrête, après quoi elle se désactiverait. Si la perturbation se reproduisait, l'outil DegronLOCKR se réactiverait et continuerait à décomposer la protéine jusqu'à ce que la fonction cellulaire revienne à la normale.

«LOCKR, et plus spécifiquement, DegronLOCKR, ouvre un tout nouveau domaine de possibilités pour la programmation des cellules pour traiter un large éventail de conditions débilitantes pour lesquelles des traitements sûrs et efficaces ne sont pas encore disponibles», a déclaré Andrew Ng, PhD, co-premier auteur de les deux papiers qui ont terminé ses études doctorales dans le laboratoire d'El-Samad. «Avec ces technologies, nous ne sommes contraints que par notre imagination.»


Voir la vidéo: Les Protéines: Méthode danalyse et Séparation des peptides et des Protéines (Octobre 2021).