Pela primeira vez, cientistas criaram, inteiramente do zero, uma proteína capaz de se ligar a uma pequena molécula alvo. Pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade de Washington relatam o avanço na edição de 12 de setembro da revista. Natureza .

Anteriormente, essas proteínas de ligação de pequenas moléculas foram feitas alterando proteínas já existentes na natureza. Essa abordagem limitou significativamente as possibilidades. A capacidade de fazer essas proteínas a partir do zero, ou "de novo, "abre o caminho para os cientistas criarem proteínas diferentes de todas as encontradas na natureza. Essas proteínas podem ser personalizadas com alta precisão e afinidade para se ligar e atuar em alvos específicos de pequenas moléculas.

Os principais autores do artigo são Jiayi Dou e Anastassia A. Vorobieva, ambos bolsistas sênior no laboratório do autor sênior David Baker, professor de bioquímica da UW School of Medicine e diretor do Institute of Protein Design at UW Medicine. Baker também é investigador do Howard Hughes Medical Institute.

A técnica deve ter ampla aplicação em pesquisa, medicina e indústria, de acordo com Baker.

"O projeto de novo bem-sucedido de proteínas personalizadas com atividade de ligação de pequenas moléculas prepara o terreno para a criação de proteínas de ligação cada vez mais sofisticadas que não terão as limitações vistas com proteínas que foram projetadas alterando estruturas protéicas existentes, " ele explicou.

Para fazer a proteína, os pesquisadores tiveram que alcançar outro primeiro:criar do zero uma proteína em forma de cilindro chamada de barril beta. A estrutura do barril beta era ideal porque uma extremidade do cilindro poderia ser projetada para estabilizar a proteína, enquanto a outra extremidade pode ser usada para criar uma cavidade que pode servir como local de ligação para a molécula alvo.

As proteínas são feitas de longas cadeias de aminoácidos. Uma vez sintetizado, essas cadeias se dobram em formas precisas que permitem que as proteínas desempenhem suas funções. As formas que essas correntes assumem são geralmente incrivelmente complicadas, mas duas características regulares ocorrem frequentemente:alfa-hélices, que se formam quando a cadeia de seções se enrola em torno de um eixo central, e estruturas semelhantes a folhas, chamados de folhas beta.

As folhas beta se formam quando duas ou mais seções de partes diferentes da cadeia de aminoácidos, por causa do dobramento, corra lado a lado no espaço 3-D. Essas seções são "costuradas" por ligações de hidrogênio, criando uma estrutura semelhante a uma folha. Estas planilhas beta, por sua vez, pode montar em estruturas semelhantes a barris, chamados de barris beta. Na natureza, as proteínas de barris beta ligam-se a uma ampla gama de pequenas moléculas.

Para projetar a nova proteína, Dou e Vorobieva usaram uma plataforma de software, desenvolvido no laboratório Baker, chamada Rosetta. Ele pode prever que forma uma determinada cadeia de aminoácidos assumirá após a síntese e pode dizer como a mudança de aminoácidos individuais ao longo da cadeia pode alterar essa forma. Esse poder preditivo torna possível testar diferentes combinações de aminoácidos para criar uma proteína com a forma e a função desejadas.

Para criar a cavidade, os pesquisadores usaram um novo algoritmo de encaixe poderoso, chamado "Rotamer Interaction Field" (RIF), desenvolvido por William Sheffler, um cientista pesquisador sênior do laboratório Baker. RIF identifica rapidamente todas as estruturas potenciais de cavidades que preenchem os pré-requisitos para moléculas específicas de ligação.

Equipado com os novos métodos de encaixe RIF, Dou, Vorobieva e Sheffler projetaram os barris beta para ligar um composto chamado DFHBI, um componente semelhante ao que está alojado dentro da proteína fluorescente verde, que fica fluorescente quando exposta a certas frequências de luz. A proteína fluorescente verde é rotineiramente usada em pesquisas biológicas para localizar moléculas e estruturas dentro de organismos vivos e rastrear seus movimentos.

Em seu jornal, o pesquisador demonstra que sua proteína projetada de forma personalizada avidamente ligou e ativou o composto DFHBI.

"Funcionou em bactérias, levedura e células de mamíferos, "disse Dou, "e ter metade do tamanho da proteína verde fluorescente deve ser muito útil para os pesquisadores."

Baker disse que a abordagem permitirá aos pesquisadores explorar um conjunto efetivamente ilimitado de estruturas de backbone com formas personalizadas para ligar a molécula de interesse.

"Igualmente importante, " ele adicionou, "ele avança muito nossa compreensão dos determinantes do enovelamento e ligação de proteínas, além do que aprendemos ao descrever as estruturas de proteínas existentes."