A elasticidade que permite aos tecidos vivos se expandir, contrato, esticam, e dobrar ao longo da vida é o resultado de uma molécula de proteína chamada tropoelastina. Notavelmente, esta molécula pode ser esticada até oito vezes o seu comprimento e sempre retorna ao seu tamanho original.

Agora, pela primeira vez, pesquisadores decodificaram a estrutura molecular desta molécula complexa, bem como os detalhes do que pode dar errado com sua estrutura em várias doenças de origem genética.

A tropoelastina é a molécula precursora da elastina, que junto com as estruturas chamadas microfibrilas é a chave para a flexibilidade dos tecidos, incluindo a pele, pulmões, e vasos sanguíneos. Mas a molécula é complexa, composto por 698 aminoácidos em sequência e preenchido com regiões desordenadas, portanto, desvendar sua estrutura tem sido um grande desafio para a ciência.

Esse desafio foi resolvido por uma equipe de pesquisadores que usou uma combinação de modelagem molecular e observação experimental para construir uma imagem átomo por átomo da estrutura da molécula. Os resultados aparecem esta semana no Proceedings of the National Academy of Sciences em um artigo de Markus Buehler, o Jerry McAfee Professor em Engenharia e chefe do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental do MIT; Anna Tarakanova Ph.D. '17, um pós-doutorado no MIT; e três outros na University of Sydney e na University of Manchester.

"A estrutura da tropoelastina tem sido indescritível, "Tarakanova diz. Os métodos tradicionais de caracterização são insuficientes para decodificar esta molécula" porque é muito grande, desordenado, e dinâmica. "Mas a combinação de modelagem por computador e observações experimentais que esta equipe usou" nos permitiu prever uma estrutura totalmente atomística da molécula, " ela diz.

O estudo mostrou como certas mutações diferentes causadoras de doenças no único gene que controla a formação da tropoelastina alteram a rigidez da molécula e as respostas dinâmicas, o que poderia, em última análise, ajudar na concepção de tratamentos ou contramedidas para essas condições. Outras mutações "artificiais" induzidas pelos pesquisadores, que não correspondem a nenhuma mutação de ocorrência natural conhecida, pode ser usado para entender melhor a função da parte específica do gene afetada por essa mutação.

"Estamos interessados ​​em sondar uma determinada região da molécula para entender a função dessa região, "Tarakanova diz." Além de transmitir elasticidade, a molécula desempenha um papel fundamental na sinalização e adesão celular, afetando processos celulares que são impulsionados por interações com sequências específicas dentro da molécula. "

O estudo também analisou as mudanças específicas na molécula de tropoelastina causadas por mutações que estão associadas a doenças conhecidas, como cutis laxa, em que a pele não tem elasticidade e fica solta. "Mostramos que uma mutação pontual associada à doença causa mudanças na molécula que têm implicações - o mecanismo da doença, na verdade, decorre das [mudanças na] escala molecular, " ela diz.

"Compreender a estrutura desta molécula não é importante apenas no contexto da doença, "diz Buehler, "mas também pode nos permitir traduzir o conhecimento deste biomaterial para polímeros sintéticos, que pode ser projetado para atender a certas necessidades de engenharia. A engenharia do equilíbrio entre ordem e desordem no contexto das propriedades desejadas pode abrir portas para novos materiais de design. "

O método que eles usaram para desvendar a estrutura da molécula de tropoelastina incluiu uma técnica baseada em modelagem e simulação de dinâmica molecular. Embora essa abordagem tenha sido usada para estudar estruturas moleculares mais simples, ela diz, "este é o primeiro trabalho em que mostramos que pode ser usado para uma molécula altamente desordenada do tamanho da tropoelastina, e, em seguida, validou-o com dados experimentais. "

A abordagem combina olhar para "a estrutura global da molécula, considerar o esboço geral "no qual a estrutura molecular deve se encaixar. Então, eles olham em detalhes para o local, estruturas secundárias dentro da molécula, que foram selecionados a partir de grandes quantidades de dados na literatura científica de trabalhos experimentais. “A relação entre a estrutura local e a estrutura global nos dá um ponto de comparação com os experimentos” que valida suas descobertas, ela diz.

As técnicas que eles usaram podem ser aplicadas para entender outras grandes, moléculas complexas, Ela adiciona. "De forma geral, Acho que essa abordagem é aplicável a moléculas grandes com alto grau de desordem - e, segundo algumas estimativas, metade das proteínas em seu corpo contém regiões com alto grau de desordem. Esta pode ser uma estrutura muito poderosa para observar muitos tipos de sistemas [biológicos]. "