Os pesquisadores da UT Southwestern publicaram hoje a primeira estrutura atômica de um receptor cerebral ligado a uma droga usada para reverter a anestesia e tratar overdoses de sedativos.

"Este estudo revela a primeira informação estrutural de alta resolução para um dos receptores de neurotransmissores mais abundantes e importantes no cérebro, "disse o Dr. Ryan Hibbs, autor correspondente do estudo publicado em Natureza e Professor Assistente de Neurociência e Biofísica do Peter O'Donnell Jr. Brain Institute da UT Southwestern. "Estamos extremamente entusiasmados com isso."

Muitas drogas - tanto legais quanto ilegais - atuam no receptor GABAA. Particularmente bem conhecidas são as benzodiazepinas, que são usados ​​para anestesia durante a cirurgia e prescritos para tratar a epilepsia, ansiedade, e insônia, ele disse, acrescentando que resolver a estrutura do receptor poderia algum dia levar a melhores tratamentos para essas condições.

O receptor GABAA se liga ao GABA (ácido γ-aminobutírico), o principal inibidor, ou calmante, neurotransmissor no cérebro adulto. Para funcionar corretamente, o cérebro precisa de um equilíbrio de sinais estimulantes e calmantes, disse o Dr. Hibbs. A disfunção do receptor GABAA é encontrada em condições marcadas por excitação excessiva no cérebro, como epilepsia. Além da classe de sedativos benzodiazepínicos, o receptor GABAA é um alvo comum para barbitúricos, anestésicos, e álcool, ele adicionou. Todas essas drogas agem no cérebro aumentando a atividade do receptor GABAA, que por sua vez amortece ainda mais, ou calma, atividade cerebral.

"Este receptor é uma mina de ouro farmacológica. No entanto, onde esses medicamentos se ligam e como eles exercem seus efeitos não foi compreendido no nível estrutural, forçando os cientistas a basear sua compreensão deste receptor em modelagem computacional, "Dr. Hibbs disse.

O receptor GABAA tem sido notoriamente resistente à cristalografia de raios-X. Esse método - considerado por muito tempo o padrão ouro da biologia estrutural - requer a cristalização de proteínas para que as estruturas possam ser determinadas com base em padrões de difração de raios-X, explicou o Dr. Hibbs, uma Effie Marie Cain Scholar em Pesquisa Médica.

Dr. Shaotong Zhu, o autor principal deste estudo e um pesquisador de pós-doutorado em Neurociências, perseguiu a estrutura por cristalografia e obteve cristais que difratavam os raios X muito mal. Em paralelo, ela trabalhou para obter a estrutura usando microscopia crioeletrônica (crio-EM), que acabou tendo sucesso. Os resultados fornecem as primeiras estruturas atômicas 3-D do receptor ligadas ao seu neurotransmissor GABA e à droga flumazenil, que é usado para reverter a anestesia e para tratar overdoses de benzodiazepínicos.

Os pesquisadores obtiveram as estruturas de alta resolução usando a instalação crio-EM de US $ 22,5 milhões da Universidade, onde as amostras são congeladas rapidamente para evitar a formação de cristais de gelo prejudiciais e, em seguida, visualizadas a cerca de 300 graus Fahrenheit negativos (temperaturas criogênicas). A instalação da UT Southwestern - que funciona 24 horas por dia - é uma das principais instalações do mundo para biologia estrutural crio-EM.

Os pesquisadores desenvolveram métodos para expressar e purificar o receptor GABAA sináptico humano a partir de células em frascos e utilizaram experimentos eletrofisiológicos, em combinação com a informação estrutural do crio-EM, para testar os efeitos sobre o receptor do neurotransmissor GABA, um benzodiazepínico (diazepam), e flumazenil.

"Fomos capazes de definir como o GABA se liga de forma tão seletiva ao receptor e explicar por que drogas como benzodiazepínicos e flumazenil - o agente que compete com essas drogas no mesmo local de ligação para reverter seus efeitos - agem especificamente neste receptor, "Dr. Hibbs disse." As implicações são de longo alcance para a compreensão dos mecanismos de ligação de drogas e desenvolvimento de novas drogas para diversas condições neurológicas. "