Avanços no design de proteínas transmembrana ativadoras de fluorescência são revelados

A reconhecimento de ligantes por proteínas transmembrana é crucial para a troca de materiais, energia e informações nas membranas biológicas. Embora avanços tenham sido feitos no design de proteínas transmembrana e solúveis para se ligarem a pequenas moléculas, o design de proteínas transmembrana que se ligam de forma específica e eficaz a esses ligantes ainda representa um desafio significativo. Neste estudo, foi apresentado um método de design preciso para proteínas transmembrana que se ligam a ligantes, utilizando aprendizado profundo e métodos baseados em energia.

Os pesquisadores projetaram bolsas de ligação de ligantes em estruturas de quatro hélices de alta qualidade para um ligante fluorogênico, criando uma extensão transmembrana por meio de uma técnica chamada “gradient-guided hallucination”. As proteínas transmembrana projetadas ativaram especificamente a fluorescência do fluoróforo alvo com afinidade na faixa de mid-nanomolar, apresentando maior brilho e rendimento quântico em comparação com a proteína fluorescente verde aprimorada. Essas proteínas mostraram alta atividade na fração de membrana de células bacterianas e eucarióticas vivas após a expressão.

As estruturas cristalinas e de microscopia eletrônica criogênica dos complexos proteína-ligante estavam muito próximas dos modelos de design. Os resultados demonstraram que as interações entre ligantes e proteínas transmembrana podem ser projetadas com precisão. Este trabalho abre caminho para a criação de novas proteínas transmembrana funcionais, com aplicações que incluem imagens, detecção de ligantes e transporte de membrana.

Os dados e modelos de design foram disponibilizados em bancos de dados relevantes, e o estudo foi financiado por várias instituições, incluindo o Ministério da Ciência e Tecnologia da China. Os autores, incluindo Jingyi Zhu e Mingfu Liang, contribuíram igualmente para a pesquisa, que foi publicada na revista Nature.