Os receptores encontrados nas superfícies celulares se ligam a hormônios, proteínas e outras moléculas, ajudando as células a responder ao seu ambiente. Os químicos do MIT descobriram agora como um desses receptores muda sua forma quando se liga ao seu alvo e como essas mudanças desencadeiam o crescimento e a proliferação das células.
Esse receptor, conhecido como receptor do fator de crescimento epidérmico (EGFR), é superexpresso em muitos tipos de câncer e é alvo de vários medicamentos contra o câncer. Esses medicamentos geralmente funcionam bem no início, mas os tumores podem se tornar resistentes a eles. Compreender melhor o mecanismo desses receptores pode ajudar os pesquisadores a projetar drogas que possam evitar essa resistência, diz Gabriela Schlau-Cohen, professora associada de química do MIT.

“Pensar em mecanismos mais gerais para atingir o EGFR é uma nova direção empolgante e oferece um novo caminho para pensar em possíveis terapias que podem não evoluir a resistência tão facilmente”, diz ela.

Schlau-Cohen e Bin Zhang, Professor Assistente de Desenvolvimento de Carreira da Pfizer-Laubach de Química, são os principais autores do estudo, que aparece hoje em Nature Communications . Os principais autores do artigo são a estudante de pós-graduação do MIT Shwetha Srinivasan e o ex-pós-doutorado do MIT Raju Regmi.

Receptores que mudam de forma

O receptor EGF é um dos muitos receptores que ajudam a controlar o crescimento celular. Encontrado na maioria dos tipos de células epiteliais de mamíferos, que revestem as superfícies e órgãos do corpo, pode responder a vários tipos de fatores de crescimento além do EGF. Alguns tipos de câncer, especialmente câncer de pulmão e glioblastoma, superexpressam o receptor de EGF, o que pode levar a um crescimento descontrolado.

Como a maioria dos receptores celulares, o EGFR atravessa a membrana celular. Uma região extracelular do receptor interage com sua molécula alvo (também chamada de ligante); uma seção transmembranar é embutida dentro da membrana; e uma seção intracelular interage com a maquinaria celular que controla as vias de crescimento.

A porção extracelular do receptor foi analisada em detalhes, mas as seções transmembrana e intracelular têm sido difíceis de estudar porque são mais desordenadas e não podem ser cristalizadas.

Cerca de cinco anos atrás, Schlau-Cohen começou a tentar aprender mais sobre essas estruturas menos conhecidas. Sua equipe incorporou as proteínas em um tipo especial de membrana de automontagem chamada nanodisco, que imita a membrana celular. Em seguida, ela usou FRET de molécula única (transferência de energia de ressonância de fluorescência) para estudar como a conformação do receptor muda quando se liga ao EGF.

FRET é comumente usado para medir pequenas distâncias entre duas moléculas fluorescentes. Os pesquisadores rotularam a membrana do nanodisco e a extremidade da cauda intracelular da proteína com dois fluoróforos diferentes, o que lhes permitiu medir a distância entre a cauda da proteína e a membrana celular, sob várias circunstâncias.

Para sua surpresa, os pesquisadores descobriram que a ligação do EGF levou a uma grande mudança na conformação do receptor. A maioria dos modelos de sinalização do receptor envolve a interação de múltiplas hélices transmembranares para provocar mudanças conformacionais em larga escala, mas o receptor EGF, que tem apenas um único segmento helicoidal dentro da membrana, parece sofrer tal mudança sem interagir com outras moléculas receptoras.

"A ideia de uma única hélice alfa ser capaz de transduzir um rearranjo conformacional tão grande foi realmente surpreendente para nós", diz Schlau-Cohen.

Modelagem molecular

Para saber mais sobre como essa mudança de forma afetaria a função do receptor, o laboratório de Schlau-Cohen se uniu a Zhang, cujo laboratório faz simulações computadorizadas de interações moleculares. Esse tipo de modelagem, conhecido como dinâmica molecular, pode modelar como um sistema molecular muda ao longo do tempo.

A modelagem mostrou que quando o receptor se liga ao EGF, o segmento extracelular do receptor se levanta verticalmente e, quando o receptor não está ligado, fica plano contra a membrana celular. Semelhante a um fechamento em dobradiça, quando o receptor fica plano, ele inclina o segmento transmembranar e puxa o segmento intracelular para mais perto da membrana. Isso impede que a região intracelular da proteína seja capaz de interagir com a maquinaria necessária para iniciar o crescimento celular. A ligação ao EGF torna essas regiões mais disponíveis, ajudando a ativar as vias de sinalização do crescimento.

Os pesquisadores também usaram seu modelo para descobrir que aminoácidos carregados positivamente no segmento intracelular, próximo à membrana celular, são fundamentais para essas interações. Quando os pesquisadores transformaram esses aminoácidos, mudando-os de carregados para neutros, a ligação do ligante não ativou mais o receptor.

"Há uma boa consistência que podemos ver entre a simulação e o experimento", diz Zhang. "Com as simulações de dinâmica molecular, podemos descobrir quais são os aminoácidos essenciais para o acoplamento e quantificar o papel dos diferentes aminoácidos. Então Gabriela mostrou que essas previsões se mostraram corretas."

Os pesquisadores também descobriram que o cetuximab, um medicamento que se liga ao receptor de EGF, impede que essa mudança conformacional ocorra. O cetuximab mostrou algum sucesso no tratamento de pacientes com câncer colorretal ou de cabeça e pescoço, mas os tumores podem se tornar resistentes a ele. Aprender mais sobre o mecanismo de como o EGFR responde a diferentes ligantes pode ajudar os pesquisadores a projetar drogas com menor probabilidade de levar à resistência, dizem os pesquisadores.