Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia desenvolveram uma abordagem para superar um grande obstáculo no teste de novos alvos de drogas. A pesquisa foi relatada em um artigo de 24 de novembro no Journal of Biological Chemistry .

Proteínas embutidas nas membranas celulares são alvos potenciais para drogas no tratamento de uma série de doenças, de doenças infecciosas a cânceres. Proteínas de membrana (que incluem transportadores, canais, e receptores) são os alvos de quase 70 por cento dos medicamentos aprovados pela FDA.

Contudo, é notoriamente difícil para os pesquisadores produzir proteínas de membrana em laboratório em quantidades suficientes para purificá-las e conduzir experimentos com drogas potenciais. Os professores Thomas F. Miller III e William M. Clemons Jr. do Departamento de Química e Engenharia Química da Caltech se perguntaram se haveria uma maneira de ajudar os pesquisadores que vivenciam esse problema.

"Nossa motivação para este projeto realmente nasceu da frustração com este problema geral, que é que as proteínas de membrana são muito difíceis de produzir em escala para fins experimentais, "Clemons disse.

Para produzir proteínas de interesse, os pesquisadores normalmente inserem o gene que codifica a proteína em uma linha de células de laboratório, como E. coli; esse processo é denominado superexpressão heteróloga de uma proteína. Mas as proteínas da membrana são tipicamente superexpressas em apenas quantidades muito pequenas, por razões que foram mal compreendidas até agora. Pesquisadores individuais às vezes passam anos tentando modificar suas proteínas de interesse de maneiras que as tornem mais eficientemente expressas em laboratório.

"As pessoas apenas procuram no escuro para encontrar algo que funcione melhor para que possam obter proteína suficiente para realizar seus estudos, "Disse Miller." Novas ferramentas são necessárias para melhorar isso de forma racional, para fazer isso de uma forma mais proposital. "

Para ver se havia algum princípio geral que pudesse guiar as tentativas de melhorar a expressão da proteína de membrana, Clemons e Miller e seus alunos de graduação Michiel J.M. Niesen e Stephen S. Marshall focaram em uma etapa específica do processo:o ponto em que uma célula realmente insere uma proteína recém-sintetizada na membrana.

A eficiência da inserção - isto é, a fração de tempo em que uma proteína é inserida na membrana corretamente - depende da sequência de aminoácidos da proteína. A equipe desenvolveu um método de simulação computacional para prever como uma mudança na sequência afetaria a eficiência de inserção.

No novo estudo, a equipe testou como essa eficiência prevista se relacionava com a expressão de proteínas no laboratório. A equipe produziu sistematicamente muitas variantes de uma proteína específica e usou o algoritmo para prever a eficiência de inserção de membrana de cada variante. Em seguida, os pesquisadores quantificaram quanta proteína foi produzida. Como eles haviam hipotetizado, eficiência de inserção melhorada correlacionada com rendimento de proteína melhorado.

Agora, os pesquisadores interessados ​​em estudar uma determinada proteína de membrana podem usar essas ferramentas de simulação para prever quais mudanças eles devem fazer em sua sequência de proteínas para produzir a proteína de membrana em laboratório. Existem ressalvas:se uma proteína específica em um tipo de célula específico está sujeita a ineficiências em outras etapas de sua síntese, além da inserção na membrana, então, o novo método pode não ajudar. Mas os pesquisadores estão confiantes de que o método oferece um caminho a seguir para muitos pesquisadores de proteínas de membrana que lutam para expressar suas proteínas.

"Acreditamos que as ferramentas que desenvolvemos aqui têm o potencial de realmente revolucionar a expressão de proteínas de membrana, "Clemons disse." Ainda há coisas que temos que fazer para perceber isso completamente, mas este artigo demonstra que o potencial existe. "

Os pesquisadores agora estão se juntando a outros para colocar essas ferramentas para funcionar.

"Existem muitos alvos de proteínas de membrana que são de real importância e valor real para fins farmacêuticos e de design de medicamentos, "Miller disse:" Se pudermos ajudar as pessoas trazendo um alvo indescritível ao nosso alcance, seria uma grande vitória. "