$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Las proteínas de membrana desempeñan un papel crucial en la transducción de señales celulares, el transporte de metabolitos, el mantenimiento de la integridad estructural celular y las respuestas inmunitarias. La desregulación de las proteínas de membrana está implicada en diversas enfermedades, lo que las convierte en objetivos destacados para el desarrollo defármacos 1. La llegada de la criomicroscopía electrónica (crio-EM) ha permitido estudios estructurales de proteínas de membrana grandesy dinámicas 2. Uno de los principales retos para obtener estructuras de alta resolución radica en extraer estas proteínas de sus bicapas lipídicas nativas, preservando al mismo tiempo sus conformaciones y funciones bioquímicas nativas. Además, la conformación altamente dinámica de las proteínas de membrana y la complejidad del cribado de anticuerpos suponen obstáculos adicionales para el descubrimiento dirigido defármacos 3,4. Los métodos tradicionales para la extracción de proteínas de membrana suelen emplear detergentes para imitar las propiedades de la bicapa lipídica hidrofóbica. Sin embargo, este enfoque a menudo altera la estabilidad de las proteínas de membrana, lo que conduce a la agregación o despliegue parcial5. Además, los detergentes pueden eliminar moléculas lipídicas esenciales que son críticas para estabilizar la conformación proteica, lo que puede alterar la conformación proteica o incluso perjudicar la función, limitando así su aplicación en el cribado de anticuerpos y otras aplicacionesposteriores 6.
La tecnología de nanodiscos fue introducida por primera vez por Sligar y suscolegas 7. Esta estructura autoensamblante se forma típicamente por derivados de apolipoproteína A1 (ApoA1), concretamente MSPs, junto con lípidos sintéticos o naturales, proporcionando un entorno estable para las proteínas de membrana 7,8,9. El MSP forma una estructura en forma de disco rodeando los bordes hidrofóbicos de la bicapa lipídica. Esta estructura tiene una superficie hidrofóbica que interactúa con las colas de lípidos acilídicos, estabilizando la proteína de membrana, y una superficie hidrofílica orientada hacia fuera, permitiendo que la proteína de membrana permanezca soluble en solucionesacuosas 10. Los nanodiscos sirven como una plataforma versátil para el estudio de proteínas de membrana. Al preservar proteínas de membrana purificadas en un entorno lipídico casi nativo, superan las limitaciones de los métodos tradicionales basados en detergentes y mantienen la conformación y función biológica de las proteínas in vitro. En consecuencia, este método se ha convertido en una herramienta poderosa para el estudio estructural de proteínas de membrana. En comparación con los entornos tradicionales de detergente, la bicapa lipídica en los nanodiscos proporciona soporte estructural a las proteínas de membrana, estabilizando su conformación nativa, una característica crucial para proteínas propensas a la inactivación, como los receptores acoplados a proteínas G y los canalesiónicos 11. Además, la naturaleza altamente uniforme de las partículas de nanodisco tras su ensamblaje ofrece un soporte más sólido para obtener datos criogénicos de alta calidad y datos cinéticos fiables de resonancia plasmónica/bio-capa12.
En la última década, la tecnología de nanodiscos se ha convertido en una herramienta poderosa para estudiar proteínas de membrana en ambientes lipídicos naturales. Por ejemplo, Vilela y suscolegas 13 han establecido un marco sistemático para el ensamblaje de nanodiscos optimizando las condiciones de reconstitución y verificando la calidad de los componentes finales. Específicamente, combinaron cromatografía de exclusión de tamaño (SEC) con indicadores cuantitativos (incluyendo la eficiencia de ensamblaje y la simetría máxima) para evaluar objetivamente la homogeneidad de lasmuestras 13. Actualmente, los nanodiscos se han convertido en una plataforma versátil. Mediante el uso de crio-EM de partícula única para detectar las proteínas ensambladas reconstituidas por nanodiscos, se pueden obtener estructuras de alta resolución de proteínas de membrana, y su aplicabilidad ha quedado firmemente establecida. La característica de densidad de doble anillo de la banda MSP es la evidencia estructural decisiva para la uniónexitosa 10,14,15. Además, los nanodiscos sirven como una herramienta valiosa tanto para el análisis funcional de proteínas de membrana en ambientes de bicapas lipídicas como para su aplicación en estudios de resonancia magnética nuclear ensolución 16,17.
Este protocolo describe un método para ensamblar la proteína de membrana Task2 humana en nanodiscos. Human Task2 es un miembro delimitado por pH de la familia de canales K+ (K2P) de dominio de dosporos 18,19. Como otros canales K2P, Task2 es un homodímero intercambiado por dominio, con cada cadena de protómero que contiene cuatro hélices transmembranas (TM1–TM4), dos hélices de poros reentrantes (PH1 y PH2), dos filtros de selectividad (SF1 y SF2) y dos hélices extracelulares formadoras de capas (CH1 y CH2). La proteína objetivo era una forma truncada de Task2 que carecía de los 166 aminoácidos C-terminales —una región que se predecía que estaría en gran parte no estructurada— y que se encontró que mejoraba la expresión proteica y la estabilidad bioquímica. El peso molecular de la Task2 recombinada es aproximadamente 72 kDa con una etiqueta GFP. Había sido solubilizada y purificada previamente con detergente. Se combinó con lípidos y MSP en una relación estequiométrica calculada con precisión. Tras la eliminación del detergente usando Bio-Beads, la muestra fue purificada posteriormente mediante cromatografía de exclusión de tamaño (SEC) para obtener una preparación adecuada para crio-EM. A partir de datos crio-EM de partícula única se generaron promedios de clase bidimensionales (2D) para validar la integridad de la muestra.