Os opioides são analgésicos poderosos que agem no cérebro, mas eles têm uma série de efeitos colaterais prejudiciais, incluindo vício. Pesquisadores do Instituto Max Planck de Bioquímica (MPIB) em colaboração com pesquisadores da Universidade Médica de Innsbruck, Áustria, Universidade de Innsbruck, e a Escola de Medicina Lewis Katz da Temple University (LKSOM), desenvolveram uma ferramenta que fornece percepções mais profundas sobre a resposta do cérebro aos opioides. Usando espectrometria de massa, eles determinaram mudanças nos padrões de fosforilação das proteínas - as trocas moleculares das proteínas - em cinco regiões diferentes do cérebro e as atribuíram aos efeitos desejados e indesejados do tratamento com opióides. Seus resultados, que são publicados na revista Ciência , liderará o caminho para a identificação de novos alvos de drogas e desenho de uma nova classe de analgésicos com menos efeitos colaterais.

A participação da equipe LKSOM nesta pesquisa foi liderada por Lee-Yuan Liu-Chen, Ph.D., Professor de Farmacologia no Center for Substance Abuse Research. Outros pesquisadores que contribuíram para o estudo da LKSOM são Chongguang Chen, um tecnólogo de pesquisa e Yi-Ting Chiu, um ex-pós-doutorado, no grupo do Dr. Liu-Chen no Center for Substance Abuse Research.

As cascatas de sinais usadas pelas células para responder a estímulos externos lembram a cadeia de comando de uma empresa. Ativação de um receptor, que atua como o chefe da empresa, dá instruções para outras proteínas dentro das células, que atuam como grupos de subordinados. Essa informação é então passada para os níveis mais baixos da estrutura organizacional por meio de cascatas de sinal de outras proteínas em interação. Como os funcionários que realizam diferentes tarefas para manter uma empresa funcionando, as proteínas são as máquinas moleculares que realizam a maioria das funções nas células. Nas células, as instruções são passadas para outras proteínas, alterando a função desses "funcionários celulares". Uma maneira de mudar a função é por "fosforilações - a ligação de uma molécula de fosfato a proteínas. Analisando todos os interruptores moleculares ao mesmo tempo, atividade de vias de sinalização em células ou um órgão pode ser determinada. O estudo desta cadeia de comando dá uma visão mais precisa dos processos que ocorrem atualmente nas células do que estudar o DNA, o "projeto" genético, que é quase idêntico em todas as células.

Instantâneo das atividades de proteínas

Pesquisadores do laboratório do MPIB, diretor e co-autor do estudo, Matthias Mann, usar espectrometria de massa - um método que determina a identidade e quantidade de proteínas em uma amostra - para descrever os padrões de fosforilação de milhares de proteínas em muitos espécimes de órgãos, um termo cunhado como fosfoproteômica. No estudo recente, eles analisaram a ativação de vias de sinalização em diferentes regiões do cérebro, respondendo a drogas semelhantes aos opióides. Para atingir esse objetivo, os pesquisadores usaram um método desenvolvido recentemente denominado EasyPhos.

Para entender como drogas como os opioides funcionam, os pesquisadores devem conhecer sua influência no cérebro. "Com a fosfoproteômica, podemos analisar mais de 50, 000 locais de fosforilação de uma só vez e obtenha um instantâneo de todas as vias que estão ativas nas amostras do cérebro durante esse tempo. Encontramos mais de 1, 000 alterações após a exposição a uma droga semelhante a opióides, mostrando um efeito global dessas drogas na sinalização no cérebro, "diz Jeffrey Liu, o principal autor do estudo. Os métodos anteriores não conseguiam capturar as fosforilações de proteínas em uma escala comparável e perderam muitas vias de sinalização importantes que foram ativadas ou desativadas.

Fosfoproteômica - uma ferramenta versátil

"Em nosso estudo, examinamos a ativação de vias cerebrais responsáveis ​​pelos efeitos desejados dos opioides, como analgésicos. Em contraste, a ativação paralela de outras vias causa efeitos colaterais indesejáveis ​​", disse Liu. Os pesquisadores usaram a fosfoproteômica para medir o quão ativas eram essas vias benéficas e causadoras de efeitos colaterais. Christoph Schwarzer da Medical University em Innsbruck, que colaborou com Liu e Mann para este estudo, concentra sua pesquisa nessas cascatas de sinalização ativadas por opióides no cérebro. Durante o desenvolvimento de novos medicamentos, esses dados podem ser usados ​​para identificar substâncias potenciais que oferecem fortes benefícios terapêuticos e têm poucos efeitos colaterais. Além disso, este estudo também mostra a promessa de reduzir os efeitos colaterais interferindo nas cascatas de sinal. Portanto, este estudo apresenta um novo conceito para a terapêutica à base de opióides. Os medicamentos atuais da família dos opióides são analgésicos potentes, mas rapidamente levam ao vício. Assim, há uma necessidade urgente de novos opióides não viciantes.

Imaginando as proteínas no cérebro como uma empresa, A fosfoproteômica permite que os pesquisadores acompanhem a atividade de todos os funcionários de uma só vez, em vez de se concentrar em apenas alguns. A espectrometria de massa pode ser uma ferramenta poderosa para estudar alvos de drogas no cérebro ou outros órgãos. O especialista em espectrometria de massa Matthias Mann diz:"A atual epidemia de mortes relacionadas a opióides nos Estados Unidos é um exemplo chocante das consequências potenciais de medicamentos prescritos com fortes efeitos colaterais, como o vício. Com a espectrometria de massa, podemos ter uma visão global dos efeitos das drogas e agilizar o desenvolvimento de novas drogas com menos efeitos colaterais. "Mann explica que o desenho de novas drogas é apenas uma das muitas aplicações potenciais da fosfoproteômica e prevê que o método também pode ser usado gerar conhecimento sobre como as células usam suas cadeias de comando para processar informações e os efeitos sobre drogas em outros órgãos.

O grupo do Dr. Liu-Chen realizou experimentos comportamentais usando duas drogas e descobriu que eles têm efeitos analgésicos semelhantes, mas níveis muito diferentes de efeitos colaterais. Cérebros de animais tratados com as duas drogas foram analisados ​​por MPIB para diferenças fosfoproteômicas, que foram encontrados para pertencer a algumas vias de sinalização. A inibição de uma das vias identificadas reduziu muito alguns dos efeitos colaterais.