Usando um novo método, pesquisadores da ETH Zurich podem medir alterações na rede social de proteínas nas células. Este trabalho estabelece as bases para o desenvolvimento de novos medicamentos para tratar doenças como o cancro e a doença de Alzheimer.
Dentro das celas, é como uma boate lotada: centenas de pessoas estão festejando. Alguns ficam isolados, outros abrem caminho no meio da multidão, conversando com todos que encontram. Alguns apenas dizem um olá rápido, outros ficam com seus melhores amigos. Neste clube, existem todos os tipos de interações diferentes entre os festeiros. O mesmo acontece nas células com proteínas.
As células são preenchidas com muitos tipos diferentes de proteínas que interagem entre si e geralmente trabalham juntas em grupos. Esses grupos são chamados de complexos e são máquinas moleculares que só funcionam adequadamente quando seus componentes individuais interagem.
O invasor da festa interrompe a interação normal
Quais proteínas interagem entre si e como também depende do estado do corpo. Em condições normais, num corpo saudável, duas proteínas, que chamamos de azul e vermelha, unem-se. Se as condições mudarem devido ao estresse celular, por exemplo, a proteína azul pode mudar seu parceiro de interação e unir forças com a proteína amarela, o que só causa problemas e atrapalha a festa.
“Interações alteradas entre proteínas podem levar a doenças como Alzheimer, Parkinson ou câncer”, explica Cathy Marulli. Ela é doutoranda com Paola Picotti, professora do Instituto de Biologia de Sistemas Moleculares da ETH Zurique. “Portanto, é importante saber como as interações proteína-proteína diferem entre estados saudáveis e doentes e como são os locais de ligação entre duas proteínas. Se conhecermos isso até o último detalhe, podemos desenvolver substâncias ativas que bloqueiam interações indesejadas e restauram o equilíbrio da célula”, explica ela.
Revelando a rede social das proteínas
Os bioquímicos da ETH desenvolveram, portanto, uma abordagem comprovada na pesquisa de proteínas para analisar a rede completa de interação de proteínas, conhecida como interactoma.
O estudo correspondente acaba de ser publicado na revista Biotecnologia da Natureza
.
Vários anos atrás, Picotti e seus colegas desenvolveram o que é conhecido como espectrometria de massa LiP. Isto permite aos investigadores medir alterações estruturais em milhares de proteínas em qualquer amostra biológica, sem que as amostras tenham de ser previamente purificadas especialmente. Eles usaram este método pela última vez para analisar proteínas e suas funções (ver).
Agora eles desenvolveram ainda mais a espectrometria de massa LiP para estudar as interações entre proteínas. Para este fim, identificaram pela primeira vez cerca de 6.000 interfaces de interação entre proteínas e outros locais que mudam quando as proteínas interagem entre si. Eles então usaram esses locais como marcadores para avaliar se uma proteína altera sua interação com outras proteínas sob uma determinada condição.
Para fazer isso, eles usaram enzimas que cortam as proteínas em pedaços. Estas enzimas só podem atacar proteínas em locais de livre acesso. A enzima não pode cortar uma proteína se outra proteína estiver ancorada em um local. Informações detalhadas sobre os fragmentos de proteínas ajudaram, portanto, os pesquisadores a analisar se e onde as proteínas individuais interagem com outras. Isso lhes permitiu estudar as interações de cerca de 1.000 proteínas simultânea e diretamente em uma matriz celular confusa.
Mudanças marcantes em células estressadas
Os pesquisadores trabalharam com células de levedura para estudar como as interações das proteínas diferem em seu estado normal daquelas em situação de estresse desencadeada por uma substância química.
Ao fazê-lo, os bioquímicos descobriram que a situação de stress tinha alterado cerca de cinco dúzias de complexos proteicos e, portanto, as suas interações. Os pesquisadores também mostraram que um complexo proteico denominado SAGA desempenha um papel importante na rede de interação da célula da levedura. Quando removeram o SAGA de cena, cerca de dois terços dos complexos proteicos se comportaram de maneira diferente na situação de estresse. “SAGA é o DJ da festa. Quando está silenciado, alguns grupos da festa param de dançar. Eles influenciam outros foliões, que também se retiram. Isso mostra que um único jogador na cela tem uma influência desproporcionalmente grande sobre os outros”, diz Marulli.
Transferível para outras espécies
O método desenvolvido também pode ser aplicado a outros organismos. “Para cada espécie que queremos estudar, só precisamos desenvolver um novo conjunto de marcadores de ligação para podermos usar este método para estudar interações proteicas em células de camundongos ou humanas”, diz Marulli. O próximo passo lógico é, portanto, determinar os marcadores de interação para o interactoma das células humanas, a fim de analisar as interações proteicas defeituosas em uma única etapa.
Determinar as interações proteicas é extremamente importante em relação às doenças. “Queremos, portanto, desenvolver ainda mais a nossa tecnologia para fins de diagnóstico e para investigação de mecanismos de doenças”, diz Picotti. Há uma boa razão para esta esperança: abordagens anteriores desenvolvidas em seu laboratório já foram postas em prática pela Biognosys, spin-off da ETH.
A pesquisa farmacêutica visa interações
A pesquisa farmacêutica também está muito interessada nos marcadores de interação. Se os locais de interação forem conhecidos, os pesquisadores podem pesquisar com eficiência compostos químicos que possam interromper interações indesejadas ou estabelecer novas.
Os compostos que modulam as interações proteína-proteína são atualmente uma nova direção promissora na pesquisa farmacêutica. Tais compostos poderiam potencialmente abordar proteínas que não são acessíveis com os medicamentos atuais. Ou podem ser usados para desenvolver novos medicamentos com menos efeitos colaterais.
Referência
Dörig C, Marulli C, Peskett T, Pantolini L, Studer G, Paleari C, Frommelt F, Schwede T, de Souza N, Barral Y, Piccoti P: Perfil global de dinâmica de complexos proteicos com uma biblioteca experimental de marcadores de interação proteica. Biotecnologia da Natureza, 2024. doi: 10.1038/s41587’024 -02432-8