ייתכן שחלק מהאנשים לא מכירים את האוריגמי, שבו נייר מקופל בצורה מורכבת לצורות שונות. אבל האם אנשים ידעו שגם חלבונים בגוף האדם עוברים תהליך קיפול מורכב שהוא קריטי למבנה ולתפקודם?
במחקר חדש, חוקרים מאוניברסיטת נורת'ווסטרן בארצות הברית והמכון למדעי התעשייה באוניברסיטת טוקיו ביפן שפכו אור חדש על יציבות קיפול החלבונים - הנטייה של חלבונים לשמור על צורותיהם המקופלות - שבהן יציבות קיפול החלבון. מהווה גורם מרכזי במחלות כמו סרטן, מחלת אלצהיימר וסיסטיק פיברוזיס. הם פיתחו שיטה חדשה בתפוקה גבוהה, cDNA display proteolysis, כדי להעריך את יציבות הקיפול של כמעט מיליון חלבונים בניסוי בודד. תוצאות המחקר פורסמו באינטרנט ב-19 ביולי 2023, בכתב העת Nature תחת הכותרת "ניתוח ניסיוני בקנה מידה מגה של יציבות קיפול חלבון בביולוגיה ועיצוב".
חלבונים נוצרים בתחילה משרשרת אחת של חומצות אמינו, אשר לאחר מכן מתקפלות לצורה תלת מימדית. אי קיפול נכון או שמירה על המבנה התלת מימדי הזה עלול לשבש את תפקוד החלבון ולהוביל למחלות.
לכן, ההבנה כיצד נשמרת יציבות קיפול החלבון תספק רעיונות חדשים לחקר מחלות המערבות חלבונים שקופלו שגוי. עם זאת, בעבר היה קשה להעריך את יציבות קיפול החלבון בצורה יעילה ובקנה מידה גדול. לכן, מחברים אלה ביקשו לפתח פלטפורמה להערכת יציבות קיפול החלבון בצורה ניתנת לשחזור עם תפוקה גבוהה.
קוטארו צובויאמה, המחבר הראשון של המאמר, אמר: "התחלנו בטכניקה המחברת חלבונים ל-DNA שלהם. יצרנו מספר רב של מתחמי חלבון-DNA אלה באמצעות ספריית DNA וטיפלנו בהם באנזימים שהורסים חלבונים לא מקופלים. חלבונים שלמים שהצליחו לשמור על המבנה המקופל שלהם במהלך הטיפול באנזים זוהו לאחר מכן על ידי רצף DNA."
תמונה מ-Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06328-6
גישה זו אפשרה למחברים אלה להעריך את היציבות של עד 900,000 רצפי חלבון במבחנה בודדת. כדי לחקור כיצד מרכיבי רצף בודדים ברצפי חלבון משפיעים על יציבות הקיפול, הם השתמשו בגישה זו כדי לנתח מגוון תחומים מבניים חלבונים טבעיים ומעוצבים באופן מלאכותי.
גבריאל ג'יי רוקלין מאוניברסיטת נורת'ווסטרן, מחבר המאמר המקביל, אמר: "הצלחנו לזהות מספר גורמים התורמים ליציבות החלבון. השתמשנו גם בגישה שלנו כדי לנתח את ההשפעות של מוטציות ספציפיות ברצפי חלבון ולזהות קובעי יציבות בחלבונים מעוצבים באופן מלאכותי, ובכך מספקים תובנות חדשות שיעזרו לקדם שיטות עיצוב חלבון עתידיות."
בעוד ששיטות קודמות להערכת יציבות החלבון הוגבלו להערכת רצפי חלבון בודדים, הדגמת cDNA זו של הידרוליזה של חלבונים מאפשרת להעריך חלבונים רבים בניסוי יחיד, ומספקת כמות חסרת תקדים של מידע על יציבות החלבון. גישה זו יכולה לקדם את הפיתוח של מודלים חזויים חדשים של קיפול חלבון, ובכך לקדם את ההבנה שלנו לגבי מחלות הכרוכות בקיפול שגוי של חלבון.
