A tecnologia tem um grande impacto em nossas vidas diárias, direto ao nível celular dentro de nossos próprios corpos. Os químicos da Texas A&M University estão usando-o para determinar como os lipídios se comunicam quando interagem com as proteínas da membrana, um dos principais alvos para a descoberta de medicamentos e tratamentos potenciais para qualquer número de doenças diferentes.

Ao capitalizar sua experiência tecnológica para "ver" as proteínas de membrana conforme elas interagem com diferentes lipídios, O grupo de pesquisa do Dr. Arthur Laganowsky, químico da Texas A&M, descobriu evidências convincentes de que essas proteínas podem ser capazes de recrutar seus próprios microambientes lipídicos por meio da alosteria, um fenômeno biológico observado pela primeira vez em 1900 e identificado em vários processos biológicos, incluindo sinalização celular, controle transcricional e doença.

O trabalho da equipe, publicado hoje (5 de março) em Anais da Academia Nacional de Ciências e liderado pelos pesquisadores de pós-doutorado em química da Texas A&M Christopher Boone e John W. Patrick, mostra que a alosteria se estende às interações lipídico-proteína da membrana, permitindo que essas proteínas alterem seus locais de ligação remotos para aceitar lipídios de diferentes tipos e abrindo novas possibilidades para o design e distribuição de medicamentos farmacêuticos.

Da proteção à comunicação

As membranas protetoras existem na superfície de todas as células vivas e contêm muitas das proteínas mais importantes de nossas células, muitos dos quais têm funções exclusivas e especializadas, como proteger a carga que entra e sai da célula, necessária para a sobrevivência da célula. Essas membranas são amplamente compostas por lipídios, que, por sua vez, desempenham papéis importantes na manutenção da integridade da membrana e na garantia de que essas proteínas de membrana especializadas funcionem adequadamente.

"A partir deste trabalho e de nosso trabalho anterior, está se tornando cada vez mais claro que as proteínas de membrana são extremamente sensíveis à química do lipídio, "Laganowsky diz." Dado que a composição lipídica difere em todos os órgãos do corpo, compreender como o ambiente lipídico nessas áreas influencia a estrutura da proteína será fundamental para abrir novas possibilidades para drogas farmacêuticas destinadas a afetar a forma como esses lipídios se ligam uns aos outros. "

As proteínas de membrana representam um dos alvos mais importantes para a descoberta de drogas farmacêuticas, com espantosos 60 por cento dos medicamentos no mercado atual visando-os por seu papel integral nos processos celulares. O papel crucial dos lipídios na dobra, A estrutura e a função das proteínas de membrana estão surgindo por meio de vários relatórios de pesquisa e canais - descobertas que estão revelando os papéis íntimos que as interações lipídio-proteína desempenham no controle da estrutura e função das proteínas.

"Em uma célula, interações moleculares com moléculas são exploradas para realizar processos celulares, "Laganowsky explica." Por exemplo, quando você come pimenta, você sente uma sensação de calor como resultado da ligação de uma molécula da pimenta a uma proteína específica da membrana que, por sua vez, provoca essa resposta. De maneira semelhante, nosso estudo demonstrou que a proteína de membrana pode influenciar seu ambiente lipídico circundante, e este ambiente pode influenciar, por exemplo, como as moléculas são sentidas. "

Barreiras para um avanço

As proteínas de membrana realizam funções celulares essenciais, incluindo sinalização e transporte de moléculas através da bicamada sangue-cérebro, que a maioria das drogas tem dificuldade em atravessar. Essas proteínas estão embutidas no ambiente quimicamente complexo de lipídios da membrana biológica, que apresenta desafios únicos na decifração dos papéis que os lipídios desempenham na modulação da estrutura e função das proteínas da membrana.

A data, tecnologia, ou a falta dela, tem sido a principal barreira para tais investigações. Além de sua experiência no uso de cristalografia de raios-X para determinar a estrutura atômica das proteínas, O laboratório de Laganowsky foi um dos primeiros nos Estados Unidos a aperfeiçoar o uso da espectrometria de massa de mobilidade iônica nativa de ponta - uma técnica que ele ajudou a desenvolver como pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Oxford - que permitiu a seu grupo decifrar a linguagem de lipídios e membrana proteínas usam para se comunicar. Ao lançar uma nova luz sobre como as interações lipídio-proteína podem aumentar ou enfraquecer a ligação de outros tipos de lipídios, sua pesquisa está mudando nossa compreensão da dinâmica estrutural das proteínas em níveis de membrana celular e fornecendo novos insights com o poder de transformar o design de drogas, desenvolvimento e entrega.

"Há uma necessidade crítica de expandir nosso conhecimento fundamental neste campo emergente, aplicando e desenvolvendo abordagens inovadoras para elucidar como os lipídios modulam a função estrutural das proteínas de membrana, "Laganowsky diz." Para este fim, continuamos a estudar uma série de canais iônicos, receptores e outros tipos de proteínas de membrana. "

Wen Liu, Yang Liu e Xiao Cong, ex-membros do laboratório de Laganowsky no Instituto de Biociências e Tecnologia do Texas A&M Health Science Center (IBT), também colaborou na pesquisa, assim como a Dra. Gloria Conover, um cientista assistente de pesquisa no grupo de Laganowsky desde 2017.