Novos métodos de imagem que permitem aos pesquisadores rastrear as moléculas de proteína individuais na superfície das células foram desenvolvidos por pesquisadores da Weill Cornell Medicine. Os resultados oferecem uma visão sem precedentes sobre como as células sentem e respondem a seus ambientes.

Os receptores acoplados à proteína G (GPCRs) são proteínas que residem na membrana celular e retransmitem sinais para a célula para regular aspectos fundamentais da fisiologia humana. Os sinais recebidos por meio de GPCRs incluem tudo, desde luz, que ativa as proteínas nas células que permitem a visão, a produtos químicos como neurotransmissores que regulam o humor, a sinais que desencadeiam a dor. Quase metade de todos os medicamentos usados ​​clinicamente funcionam visando GPCRs distintos.

"Essas proteínas são essenciais para todos os aspectos da fisiologia humana, "disse o co-autor sênior do estudo, Scott Blanchard, professor de fisiologia e biofísica na Weill Cornell Medicine. "Precisamos saber como os GPCRs reconhecem todos esses sinais, como eles processam os sinais e como eles transmitem as informações para a célula para invocar uma ação específica. Só assim seremos capazes de desenvolver novas gerações de drogas que visam com mais precisão essas proteínas e, portanto, podem ajudar sem causar danos colaterais. "

Em um artigo publicado em 7 de junho em Natureza , Blanchard e colegas da Weill Cornell Medicine, As Universidades de Stanford e Columbia descrevem um avanço importante nessa direção, alcançada com o uso de uma técnica de imagem chamada Transferência de Energia de Fluorescência de molécula única (smFRET), que permitiu aos pesquisadores observar as moléculas individuais de GPCR conforme elas respondiam às moléculas de adrenalina, um hormônio que controla funções, incluindo batimentos cardíacos, respiração e dilatação dos vasos sanguíneos.

"Já sabíamos que a molécula GPCR muda fisicamente ao se ligar à adrenalina e que esse processo permite que ela se ligue a proteínas intracelulares, "Blanchard disse." O que não sabíamos muito sobre é como esse processo de ativação realmente acontece. E essa é a informação crítica em falta que tem limitado nossa compreensão da eficácia dos medicamentos. "

Para permitir que eles vejam este processo, A equipe de Blanchard desenvolveu novas moléculas repórter chamadas fluoróforos que emitem luz fluorescente e podem ser anexadas ao GPCR para informar sobre seus movimentos quando a adrenalina se liga. O laboratório de Blanchard também desenvolveu um novo microscópio que pode seguir essas mensagens de luz com maior precisão. Os pesquisadores então assistiram e registraram os movimentos, usando computação complexa para aprender como a proteína responde às suas interações com a adrenalina e com outra proteína na célula, chamada proteína G heterotrimérica, que detecta a resposta e permite que a célula saiba que o GPCR foi ativado pela adrenalina.

O resultado é uma alta resolução, filme de alta velocidade que revela os detalhes das relações moleculares que transmitem o sinal de adrenalina através do GPCR para a célula. Isso revelou para a equipe de pesquisa pela primeira vez uma série de etapas reversíveis no processo pelo qual um GPCR ativado interage com sua proteína G intracelular que nunca foi vista antes. Isso permitiu que eles concluíssem seu artigo descrevendo por que "As investigações quantitativas de imagem de uma única molécula serão cruciais no ... delineamento de vias de sinalização GPCR dependentes de ligante distintas."

"Esses são insights importantes que não seriam possíveis sem as técnicas de imagem que aumentam nossa compreensão de como essas máquinas moleculares realmente funcionam e como os sinais são transmitidos de fora para dentro da célula, "disse Blanchard, quem está em patentes relacionadas, incluindo uma patente licenciada para Lumidyne para um dos fluoróforos usados ​​no estudo. Blanchard é cofundador com participação acionária na Lumidyne, uma empresa que se concentra em tecnologias de fluorescência. "Ser capaz de ver o funcionamento interno dos GPCRs tem enormes implicações para a descoberta de medicamentos para tudo, desde o controle da dor até doenças cardíacas e câncer. As implicações clínicas desta tecnologia podem ir muito longe."