Collage de diferents estructures de proteïnes resoltes a la línia de llum XALOC.
El Sincrotró ALBA ha aconseguit una fita important. Després d'una dècada donant servei a la seva comunitat d'usuaris, la línia de llum de cristal·lografia macromolecular XALOC ha determinat 1.000 estructures de proteïnes i les publicat al Protein Data Bank (PDB). Les macromolècules i complexos macromoleculars dilucidats estan implicats en una gran varietat de processos biològics i àrees de recerca rellevants, com ara el desenvolupament de fàrmacs i el coneixement de les malalties o les funcions dels organismes vius.
Les estructures han estat revelades gràcies als potents raigs X generats al Sincrotró ALBA i a la configuració experimental de la línia de llum XALOC, que ofereix una varietat de mètodes cristal·logràfics, des dels clàssics com la difracció anòmala fins als moderns sistemes de cristal·lografia en sèrie resolta a temperatura ambient.
En concret, l'estructura de proteïna número 1.000 dipositada al PDB ha estat resolta per un equip de l'Institut de Química Física Blas Cabrera del CSIC i altres institucions de recerca del Regne Unit. IP3K, com s'anomena l'estructura, és un enzim que s'uneix a la proteïna IP3, un segon missatger fonamental a les cèl·lules, crucial en processos com la memòria, el sistema immunològic o la progressió tumoral. Els resultats d'aquesta investigació, publicada recentment a Nature Communications, poden ser de gran ajuda en el disseny de lligands selectius contra les proteïnes d'unió a IP3, possibilitant noves teràpies a diferents camps biològics, inclosa la investigació del càncer.
Figura. Imatge de l’estructura 3D de IP3K, Inositol-trifosfat 3-quinasa A, proteïna número 1.000 resolta a la línia de llum XALOC, Sincrotró ALBA.
"Obtenir 1.000 estructures en 11 anys amb una línia de llum és una fita notable, ja que demostra el gran rendiment de l'instrument i la implicació dels nostres usuaris al llarg d'aquests anys", afirma Roeland Boer, científic responsable de la línia de llum XALOC. "Estem molt orgullosos d'aquest resultat que ens empeny a mantenir i enfortir el nostre compromís de continuar servint la comunitat ara amb una segona línia de llum dedicada a la cristal·lografia macromolecular, XAIRA, que rebrà els primers usuaris a la tardor de 2024", diu Judith Juanhuix, cap de la secció de Ciències de la Vida del Sincrotró ALBA.
"Obtener 1.000 estructuras en 11 años con una sola línea de luz es un logro notable, ya que demuestra el gran rendimiento del instrumento y la implicación de nuestros usuarios a lo largo de estos años", afirma Roeland Boer, científico responsable de la línea de luz XALOC. "Estamos muy orgullosos de este resultado que nos empuja a mantener y fortalecer nuestro compromiso de seguir sirviendo a la comunidad ahora con una segunda línea de luz dedicada a la cristalografía macromolecular, XAIRA, que recibirá a los primeros usuarios en otoño de 2024", dice Judith Juanhuix, jefa de la sección de Ciencias de la Vida del Sincrotrón ALBA.
Llum per a innumerables desafiaments científics
Les proteïnes són molècules grans i complexes que exerceixen un paper clau en els organismes vius, participant en la majoria de les funcions cel·lulars. Determinar-ne l'estructura és clau per saber més sobre les ciències de la vida per tal de desenvolupar nous fàrmacs i teràpies.
Algunes de les proteïnes resoltes al Sincrotró ALBA han estat identificades com a biomarcadors de malalties com el càncer, la diabetis i l'obesitat. En altres casos van servir per veure com els fàrmacs s'uneixen a proteïnes associades a infeccions com el SARS-CoV2, el VIH-1 o la malaltia de la son, entre d'altres. I també van ajudar a explicar la ineficàcia d'alguns fàrmacs descatalogats.
La resistència als antibiòtics s'ha comprès millor estudiant l'alta taxa de divisió dels bacteris o com aquests comparteixen material genètic a la línia de llum XALOC. El seu camp d'aplicació excedeix el sector biomèdic, ja que també ha mostrat com les plantes creixen i es poden dissenyar per resistir malalties o condicions climàtiques severes com inundacions o sequeres.
XALOC ha acollit diversos experiments industrials destinats a resoldre l'estructura de les proteïnes, com ara la col·laboració amb Helix Biostructures o amb Esteve per estudiar inhibidors contra el dolor.
Mapejant el més petit
La cristal·lografia de raigs X en bio-macromolècules s'ha utilitzat àmpliament en sincrotrons en els darrers 30 anys i encara està evolucionant per oferir solucions en el desenvolupament de fàrmacs i la dinàmica de processos enzimàtics d'organismes vius. La tècnica utilitza els patrons de difracció produïts per cristalls de macromolècules per determinar-ne l'estructura amb una resolució gairebé atòmica.
La gran brillantor i la possibilitat de seleccionar els raigs X que permet el sincrotró ha fet que sigui una eina extremadament eficient per a la biologia estructural. El 90% de totes les proteïnes dipositades al Protein Data Bank s'han obtingut en sincrotrons.
L'evolució d'aquesta tècnica en els darrers anys ha permès recollir dades de forma remota i automàtica, fent experiments resolts en el temps i determinant estructures amb cristalls cada cop més petits.
Imatges de la línia de llum XALOC al Sincrotró ALBA. A l?esquerra, l?investigador Fernando Gil de l'ALBA.
