Escondido dentro das membranas celulares, um açougueiro molecular cumpre as ordens de células saudáveis, mas também de agentes de doenças. Tem funcionado fora de uma visão clara, mas os pesquisadores apenas colocaram um holofote poderoso nisso.

O açougueiro é uma enzima comum chamada presenilina, que corta blocos de construção de proteína longos em comprimentos mais curtos utilizáveis. Ele reside em espaços de membrana que evitam a detecção experimental pronta, mas em um novo estudo, pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia e do Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) iluminaram a presenilina usando um feixe de nêutrons produzido pelo reator nuclear de pesquisa mais poderoso do mundo.

"Um terço do nosso genoma trabalha para codificar proteínas intramembrana, "disse Raquel Lieberman, professor associado da Escola de Química e Bioquímica da Georgia Tech. "Alguns deles são enormes e fazem uma bioquímica supercomplexa."

A enzima presenilina em particular é uma protease intramembrana. Existem quatro classes destes, e eles são necessários, entre outras coisas, para:alertando e defendendo contra infectadores, e diferenciação e desenvolvimento celular.

Se os dois últimos derem errado, que pode levar ao câncer.

Foto de nêutron granulado

Agora, os pesquisadores obtiveram uma fotografia figurativa de uma proteína intramembrana, a presenilina. Tecnicamente falando, os pesquisadores trabalharam com um primo presenilina encontrado em micróbios - M. aspartil protease intramembrana marisnigri ou MmIAP - mas aqui usaremos presenilina e MmIAP alternadamente para simplificar.

A medição foi de baixa resolução, mas revelou o suficiente para estabelecer que a estrutura da proteína é mais simplesmente montada do que se acreditava anteriormente, e isso surpreendeu os cientistas.

"Nossa amostra mostra que este é um monômero por si só, "Lieberman disse." Estávamos esperando um dímero ou um trímero. "Isso significa que era feito de uma longa fita, principalmente enrolado como uma mola, em vez de fios encaracolados dobrados ou triplicados.

Presenilin (MmIAP) está armado com duas facas químicas, aspartatos, que fazem cortes confiáveis ​​nos peptídeos, as subunidades que constituem as proteínas. E um segundo novo estudo feito pelos mesmos pesquisadores iluminou como funciona a clivagem.

Qualquer um açougueiro de peptídeo

A presenilina pode cortar peptídeos em blocos de construção úteis para suas próprias células, ou talhar pedaços de peptídeos ruins que terminam em placa beta-amilóide, um suspeito da doença de Alzheimer. Ou a presenilina pode ajudar e diminuir os vírus da hepatite C, esculpindo os componentes de que precisa para se reproduzir.

Entender como a presenilina funciona pode um dia ser útil para a pesquisa médica. "Se você pudesse encontrar uma maneira de interferir seletivamente, você poderia impedir a propagação da hepatite C no corpo, "Lieberman disse.

Os pesquisadores, liderado por Lieberman e o cientista de espalhamento de nêutrons Volker Urban do ORNL, publicou as revelações do espalhamento de nêutrons em 2 de fevereiro, 2018, no Biophysical Journal . Os novos insights sobre o funcionamento da presenilina serão publicados oficialmente em março no Journal of Biological Chemistry , mas está disponível online sem embargo. Os primeiros autores foram Swe-Htet Naing da Georgia Tech e Ryan Oliver de Oak Ridge.

A pesquisa foi financiada pela National Science Foundation, os Institutos Nacionais de Saúde, e o Departamento de Energia dos EUA.

Pastoreio de esconderijos hidrofóbicos

Os cientistas pegaram a grande arma quando foram para o High Flux Isotope Reactor (HFIR) para fazer a presenilina (MmIAP) sair do esconderijo.

Os feixes de nêutrons do HFIR foram resfriados a menos 253 graus Celsius (menos 424 graus Fahrenheit) para desacelerar os nêutrons, para que eles pudessem sondar as características moleculares das amostras biológicas.

Presenilina e outras proteínas intramembrana justificam tais proverbiais medidas desesperadas. Eles vivem em um ambiente lipídico e odeiam água como os gatos, e isso é um problema para os pesquisadores que os estudam.

"Quando você tem proteínas que não são solúveis em água, estás em sarilhos, "Lieberman disse." As técnicas usuais para analisá-los tornam-se muito, muito difícil, se não impossível. E quando você inicializa quimicamente essas proteínas para poder usar esses métodos solúveis em água, você tem poucas chances de ver a estrutura real da proteína que executa sua função. "

A forma segue a função

Imagens derivadas de métodos analíticos baseados em água no laboratório de Lieberman não combinaram completamente com a função da presenilina. Para um, as superfícies de corte da enzima estão muito distantes. As revelações do feixe de nêutrons fizeram mais sentido para os pesquisadores.

"Nossa forma estava mais apertada, e fazia mais sentido com a função da presenilina em seu ambiente natural na membrana, "Lieberman disse.

As amostras de presenilina (MmIAP) examinadas no HFIR foram suspensas em uma solução amigável para a proteína hidrofóbica. Ironicamente, presenilina e outras proteases intramembrana frequentemente hidrolisam peptídeos, em outras palavras, eles adicionam água a eles.

"Essas proteases estão confinadas à membrana da célula lipídica, onde não há água. Como a água é necessária para a hidrólise, tem que vir de fora da membrana, "Lieberman disse." Como isso acontece é mais um mistério que precisa ser desvendado. "

Robusto, helicópteros confiáveis

A precisão e consistência, com os quais os peptídeos clivados de MmIAP homólogo da presenilina, impressionou os pesquisadores.

"Quando usamos um peptídeo sintético modelo, clivou apenas em posições muito específicas no peptídeo, "Disse Lieberman." Quando mudamos para um peptídeo biológico real, também clivou exatamente. "

Os pesquisadores colocaram a presenilina por meio de várias mutações, que teve pouco ou nenhum efeito em suas habilidades de clivagem. Isso pode significar que seu funcionamento básico é quase imune à interferência genética.

Em uma nota arrepiante, ao cortar peptídeos precursores de beta-amiloide, os pesquisadores observaram o primo presenilina microbiana, MmIAP, sempre fazendo o chop de uma forma notória pela associação da amiloide com a doença de Alzheimer.

"Nunca vimos o corte que fez o que normalmente é visto como o 'bom' amiloide, A-beta-40, "Disse Lieberman." Só vimos cortes que levaram à amilóide 'ruim', A-beta-42. "

Mais pesquisas seriam necessárias para explicar por que isso aconteceu; se o mesmo for verdadeiro para a presenilina nas membranas celulares humanas, e também se algum regulador impede a criação ou o acúmulo de amilóide ruim nas células saudáveis.