Graças aos avanços da genômica nas últimas décadas, os pesquisadores agora conhecem as mutações genéticas responsáveis ​​por muitas doenças. No entanto, os pesquisadores muitas vezes ainda não sabem como a mutação leva à doença – o que ela muda dentro das células para causar sintomas. Descobrir essa peça que faltava, o mecanismo da doença, não apenas avança a compreensão da doença, mas pode ser essencial para o desenvolvimento de um tratamento ou prevenção. Por exemplo, se os pesquisadores sabem que uma mutação leva à criação de uma proteína defeituosa e que o acúmulo dessa proteína defeituosa causa a doença, eles podem projetar drogas que levarão à destruição da proteína.
Pesquisadores do laboratório de Richard Young, membro do Instituto Whitehead, estudam um processo chamado condensação biomolecular que ajuda a organizar onde as moléculas terminam nas células, e suspeitaram que a interrupção desse processo pode ser um mecanismo comum subestimado da doença. Os condensados ​​são estruturas que se formam quando muitas moléculas se unem frouxamente para criar uma gota que se separa dos outros conteúdos da célula, como uma gota de óleo suspensa na água. A pesquisa mais recente do laboratório Young, publicada em Developmental Cell em 8 de julho, sugere que a ruptura de condensados ​​é de fato generalizada em todos os tipos de doenças em todo o corpo. O artigo fornece aos pesquisadores um catálogo de instâncias prováveis. Eles esperam que este catálogo seja usado para entender melhor as doenças nas quais os condensados ​​desempenham um papel e, finalmente, desenvolver novas terapias para essas doenças.

Crescente consciência da biologia do condensado

Apenas certas moléculas – algumas proteínas e RNAs – formam condensados, porque contêm regiões que são capazes de se ligarem frouxamente. A maioria das proteínas tem regiões que se ligam fortemente apenas a moléculas específicas, como uma chave que se encaixa firmemente em uma fechadura. As proteínas formadoras de condensado, em vez disso, tendem a fazer muitas conexões soltas e menos específicas umas com as outras, entrelaçando-se em altas concentrações até criar uma gotícula. As células usam condensados ​​para reunir moléculas onde são necessárias dentro da célula – por exemplo, moléculas necessárias para transcrever genes podem formar condensados ​​perto desses genes.

Pesquisadores de condensado, incluindo Young, que também é professor de biologia no Instituto de Tecnologia de Massachusetts, mostraram nos últimos anos que os condensados ​​desempenham papéis em muitos processos celulares importantes. A ruptura do condensado também demonstrou ocorrer em um pequeno, mas crescente número de doenças, em particular nos distúrbios neurodegenerativos. No entanto, quando os pesquisadores estão procurando mecanismos de doenças, a ruptura do condensado não é frequentemente considerada. Dada a frequência com que os condensados ​​desempenham um papel na biologia saudável, os pesquisadores do Young lab suspeitaram que sua interrupção pode ser comum em doenças. Pós-doutorado no laboratório Young e co-primeiro autor Salman Banani, que também é patologista do Brigham and Women's Hospital, começou a suspeitar disso durante seu treinamento clínico, enquanto analisava dados de sequenciamento genético para pacientes com câncer.

"O objetivo era avaliar a relevância clínica das mutações nos genomas dos tumores e como isso pode afetar o atendimento de cada paciente. Percebi que muitas das mutações que eu estava examinando estavam afetando de forma suspeita regiões da proteína que eu achava que poderiam estar envolvidas. na condensação", diz Banani. “Isso me levou a pensar com que frequência as mutações de doenças humanas afetam as regiões de formação de condensado, se tivéssemos ignorado uma causa potencialmente generalizada de doença humana e se os patologistas deveriam considerar as propriedades de condensação em qualquer uma de nossas avaliações de mutações”.

Quando Banani ingressou no laboratório Young, o potencial significado clínico das mutações nas proteínas formadoras de condensado estava fresco em sua mente. Estudantes de pós-graduação do laboratório Young e co-autores do artigo Lena Afeyan e Susana Wilson Hawken, que estudavam como as drogas interagem com os condensados, também estavam ansiosos para abordar a questão de como os condensados ​​contribuem para a doença.

Condensados ​​e doenças

Os pesquisadores compilaram uma lista de proteínas que se pensa formar condensados ​​e mapearam as localizações das regiões de formação de condensado dentro de cada proteína. Eles também fizeram uma lista de mutações genéticas conhecidas por causar ou contribuir para uma ampla variedade de doenças, incluindo doenças nas quais uma mutação em um único gene é responsável pela doença e vários tipos de câncer. Em seguida, os pesquisadores mapearam cada mutação para a parte de cada proteína que ela afeta. A partir deste trabalho, eles criaram uma lista de mutações causadoras de doenças que ocorrem nas regiões de formação de condensado das proteínas. Eles levantaram a hipótese de que essas mutações provavelmente afetariam a capacidade das proteínas de formar condensados.

Os pesquisadores acabaram com um catálogo de mais de 36.000 mutações causadoras de doenças, afetando mais de 1.000 proteínas, que provavelmente rompem os condensados. As mutações no catálogo contribuem para mais de 1.700 doenças, incluindo mais de 550 cânceres, afetando coletivamente todas as partes do corpo. Agora, os pesquisadores esperam que as pessoas que estudam essas doenças possam usar seu catálogo como um ponto de partida para testar se a ruptura do condensado pode de fato ser um mecanismo subjacente à doença. Isso, por sua vez, pode fornecer oportunidades para desenvolver terapias direcionadas aos condensados.

“Se agora sabemos que uma mutação afeta uma proteína que provavelmente reside em um condensado, podemos testar em células para ver se e como a mutação afeta os condensados ​​e se esse efeito é relevante para a doença subjacente”, diz Wilson Hawken. "Então poderíamos testar um painel de medicamentos para ver se poderíamos resgatar a formação normal de condensado e se essa seria uma boa maneira de tratar essa doença em particular".

Os pesquisadores testaram uma amostra das proteínas e mutações de seu catálogo para verificar se o catálogo é um bom preditor de mutações que interrompem os condensados. Eles selecionaram treze proteínas que são capazes de formar condensados ​​em células-tronco embrionárias de camundongos e introduziram mutações causadoras de doenças relevantes nas proteínas dentro dessas células. Das quinze mutações que eles introduziram, treze condensados ​​rompidos; essa alta taxa de interrupção sugere que o catálogo é uma forte ferramenta preditiva.

Curiosamente, diferentes mutações interromperam os condensados ​​de maneiras diferentes. O efeito mais comum foi reduzir a capacidade das proteínas de unir condensados. No entanto, uma mutação aumentou a capacidade das proteínas de unir condensados ​​e outra afetou onde os condensados ​​acabaram nas células – por toda a célula, em vez de contidos no núcleo. Determinar a maneira específica pela qual uma mutação afeta os condensados ​​será importante para entender os mecanismos da doença e desenvolver drogas para reverter os efeitos da mutação.

"Este catálogo é um ótimo ponto de partida para fazer muitas perguntas sobre a desregulação do condensado como um mecanismo de doença, por exemplo, como as mudanças nas propriedades dos condensados ​​afetam os processos celulares que ocorrem nesses condensados? desenvolvimento de doenças e medicamentos, assim como eles tiveram na biologia molecular básica, e nossa esperança com este catálogo é que possamos reduzir a barreira de entrada para muitos outros pesquisadores de doenças começarem a estudá-los", diz Afeyan.

Os pesquisadores esperam que seu catálogo seja útil na pesquisa de outros, e eles também esperam que ele aumente a conscientização sobre a provável difusão da desregulação do condensado em doenças, mesmo além das instâncias do catálogo.

“Provavelmente há muitos casos não cobertos pelo catálogo, como quando a mutação não afeta diretamente a proteína formadora de condensado, mas afeta um de seus reguladores”, diz Young. "Acho que estamos apenas vendo a ponta do iceberg em termos da prevalência da desregulação condensada na doença. Minha visão para o futuro é que os pesquisadores considerem um modelo condensado entre os modelos convencionais ao buscar o potencial mecanismo de doença subjacente de qualquer mutação."