Nuova luce sulla struttura delle proteasi interne alla membrana

Le proteine della membrana rappresentano un terzo delle proteine totali degli organismi viventi. Benché metà degli obiettivi farmacologici sia costituita proprio da proteine di membrana, solo l’1 % di esse è stato caratterizzato strutturalmente. La presenilina è una proteasi intramembrana che contribuisce a vari processi fisiologici e all’insorgenza iniziale della malattia di Alzheimer.

I tentativi precedenti di determinare la struttura della proteina presenilina umana non hanno avuto successo. Per questa ragione, gli scienziati del progetto INTRAMEMPROT (Mechanistic and structural insight into di-aspartyl intramembrane proteases), finanziato dall’UE, hanno deciso di studiare gli omologhi procarioti della presenilina (PSH), cercando di ottenere informazioni strutturali e funzionali su una famiglia di proteine di membrana degli archeobatteri la cui struttura è analoga a quella della presenilina.

Il team ha clonato 33 diversi PSH e mutanti di stabilizzazione degli enzimi per l’espressione nell’E.coli, riuscendo a produrre e purificare dieci cloni di PSH. Nonostante un notevole lavoro di ottimizzazione per ottenere buoni cristalli di PSH, tuttavia, la diffrazione dei raggi X è risultata insufficiente e non è stato possibile condurre lo studio strutturale dei PSH.

Di conseguenza, il consorzio si è dedicato alla determinazione strutturale delle CDP-alcol fosfotransferasi, le proteine di membrana responsabili della biosintesi dei lipidi di membrana fondamentali. Uno di essi, la cardiolipina, è essenziale per i processi respiratori dei batteri e dei mitocondri eucarioti. Il team ha determinato la struttura della CDP-alcol fosfotransferasi degli archeobatteri, fornendo per la prima volta informazioni sul meccanismo di reazione di questa famiglia di enzimi presenti nella membrana.

Collettivamente, le attività condotte dal progetto INTRAMEMPROT sono riuscite a superare le limitazioni generali associate alla determinazione della struttura degli enzimi di membrana. Le informazioni ottenute hanno permesso di giungere a importanti conclusioni sui domini di legame dei substrati e sui cambiamenti conformazionali. La metodologia ottenuta, opportunamente adattata, inoltre, potrebbe essere utilizzata anche con la cristallizzazione di altre proteine.