هفته گذشته با ربکا کورتمانش، که مدرک کارشناسی ارشد خود را به پایان رساند، خداحافظی کردیم. ربکا اکنون در ونکوور است و دلمان برای او تنگ شده است، زیرا او در تلاش‌های ما برای اندازه‌گیری برهم‌کنش‌های کوچک مولکول/پروتئین توسط NMR نقش اساسی داشته است. من از ربکا خواستم که یک مطلب در وبلاگ بنویسد که به برخی از تحقیقاتی که در دانشگاه تورنتو انجام داده است اختصاص دهد. اینم پست او:

من به عنوان یک شیمیدان، کنجکاوی ذاتی برای مطالعه برهم کنش های مولکولی در محیط های بیولوژیکی دارم. کاوشگرهای شیمیایی مولکول های کوچکی هستند که با اهداف پروتئینی در تعامل هستند. درک این فعل و انفعالات بینشی در مورد نقش پروتئین در یک بیماری می دهد و می تواند در کشف دارو در آینده راهنمایی کند. علاقه به کاوشگرهای شیمیایی در دهه گذشته به طور قابل توجهی افزایش یافته است و اهمیت آنها در مقاله استفان فرای با عنوان “هنر کاوشگر شیمیایی” مورد توجه قرار گرفته است:

http://www.nature.com/nchembio/journal/v6/n3/full/nchembio.296.html

وقتی پاییز گذشته به من این فرصت داده شد تا در مورد کاوشگرهای شیمیایی برای پروتئین‌های مرتبط با بیولوژیک تحقیق کنم، بسیار هیجان‌زده بودم که «به‌ترم» بیفتم (به گفته دوستان غیر شیمی‌دانم). گروه دکتر پیتر براون در کنسرسیوم ژنومیکس ساختاری، SGC، فعالانه به دنبال کاوشگرهایی برای پروتئین های اپی ژنتیک بوده است. در طول راه، ما متوجه شدیم که نگاشت تغییر شیمیایی 1H-15N HSQC به ویژه در تشخیص قدرت تعامل بین یک مولکول و یک پروتئین و همچنین مولکول محل الزام آور. پروتئین ها بیان و خالص شدند به طوری که 15N غنی شده بودند (ما در حین رشد سلول ها از فرمت آمونیوم نشاندار شده با 15N استفاده کردیم). به این ترتیب، برای یک آزمایش 1H-15N-HSQC، تمام همبستگی های HN از گروه های آمیدی ستون فقرات و همچنین برخی از همبستگی های زنجیره جانبی HN را می توان مشاهده کرد. آنها با هم نقشه ای از تغییرات شیمیایی منحصر به فرد برای هر پروتئین ارائه می دهند. هنگامی که یک مولکول کوچک به پروتئین اضافه می شود، ناحیه ای از پروتئین که مستقیماً در اتصال دخالت دارد، دچار یک بازآرایی ساختاری می شود و در نتیجه باعث ایجاد تغییر در محیط مغناطیسی منطقه می شود. در یک نقشه HSQC که در زیر می بینید (ماهیت پروتئین هنوز محرمانه است)، پروتئین غیر متصل در مقایسه با پروتئین متصل، نقشه تغییر شیمیایی متفاوتی خواهد داشت. مقدار حرکت شیفت شیمیایی نسبت به غلظت مولکول اتصال حسی از قدرت اتصال و محاسبه ثابت تفکیک (Kd) امکان پذیر است.

شکل 1. ¹H-¹⁵پوشش طیف N HSQC: خطوط آبی پروتئین غیر متصل هستند و خطوط قرمز و سبز به ترتیب نشان دهنده نسبت مولی پروتئین به ترکیب 1:1 و 1:3 هستند.

درک کردن محل الزام آور در صورتی که مشخص شود که کدام همبستگی NH با کدام اسید آمینه مطابقت دارد، می‌توان به آن دست یافت. ما در حال حاضر پروتئین‌های خود را با تکنیک‌های NMR سه بعدی با استفاده از پروتئین دوبرابردار (C-13 و N-15) اختصاص می‌دهیم. برای اطلاعات بیشتر در مورد تئوری پروتئین NMR به http://www.protein-nmr.org.uk/ مراجعه کنید.