Separar-se e voltar a ficar juntos é sempre difícil de fazer, mas para proteínas, é quase impossível.

Contudo, um algoritmo guiado por computador pode ajudar os cientistas a encontrar o ponto certo para dividir uma proteína e, em seguida, remontá-la à funcionalidade, de acordo com uma equipe de bioquímicos e biofísicos que relatam suas descobertas hoje (2 de outubro) em Nature Communications . Eles acrescentam que isso pode ser mais um passo - talvez até mesmo um passo de dança - em direção ao uso de sinais químicos e de luz para criar novos tratamentos médicos e biossensores.

"Meu laboratório está interessado em investigar a forma como a vida celular funciona, visando os atores moleculares, como proteínas e RNA, e nesta medida, temos desenvolvido ferramentas para controlar esses jogadores, "disse Nikolay V. Dokholyan, Professor G. Thomas Passananti, Penn State College of Medicine.

"Queremos fazer com que essas proteínas respondam com certas atividades com base nos sinais luminosos - optogenéticos - ou químicos - quimiogenéticos que fornecemos. tão, apenas acendendo uma luz ou adicionando um produto químico, a célula começa a se mover, ou dança, ou o que quisermos que eles façam, com base na proteína que estamos controlando. "

Proteínas, que são dobrados em estruturas 3-D complexas que se parecem um pouco com um doce de fita molecular, desempenham papéis em muitos dos processos mais importantes do corpo, incluindo a comunicação entre células, construir DNA e criar anticorpos.

No passado, pesquisadores descobriram que podiam dividir proteínas usando sinais de luz e químicos, mas encontrar o local preciso para fazer a separação foi uma questão de tentativa e erro, o que não seria prático para tratamentos médicos e procedimentos científicos reais.

O processo para dividir uma proteína é um pouco como dividir uma maçã, mas quando as pessoas dividem maçãs, geralmente não têm a intenção de remontar os pedaços de volta em uma maçã saudável, disse Onur Dagliyan, bolsista de pesquisa em neurobiologia, Harvard Medical School. Dagliyan trabalhou com Dokholyan e Klaus M. Hahn, Thurman Distinto Professor de Farmacologia, Universidade da Carolina do Norte-Chapel Hill, no estudo.

"Neste trabalho em particular, tentamos estabelecer princípios de design sobre como olhar para a estrutura, ou sequência de uma proteína e identificar os locais que permitem essa divisão e remontagem, "disse Dagliyan.

Para encontrar os melhores sites para divisões de proteínas, os pesquisadores analisaram como várias proteínas foram divididas no passado e usaram esses dados para criar um modelo matemático da estrutura da proteína, ou modelo de pontuação física. O modelo, então, deu aos pesquisadores a capacidade de encontrar pontos com as melhores chances de uma divisão bem-sucedida.

Os pesquisadores usaram o algoritmo para identificar locais de divisão em uma série de proteínas, incluindo tirosina quinase Lyn, inibidor da dissociação do nucleotídeo da guanosina e fator de troca da guanina.

A capacidade de dividir proteínas - e depois torná-las funcionais novamente - pode ter implicações de longo alcance, de acordo com os pesquisadores. O time, por exemplo, poderia ver usos futuros desta técnica em terapias como a terapia com células CAR T. Na terapia de células T CAR, médicos retiram as células imunológicas dos pacientes de seus corpos e as modificam para matar células anormais, como células cancerosas. Os médicos então reinjetam essas células modificadas nos pacientes.

"Se quisermos entregar algo - uma célula projetada, ou célula-tronco, ou célula de bactéria projetada, por exemplo, para um corpo para fins terapêuticos, podemos não querer que eles estejam ativos o tempo todo, "disse Dagliyan." Você quer desligá-los e ligá-los, e as pessoas da área estão tentando encontrar maneiras de controlar essas proteínas, apenas para ser capaz de controlar essas células. Então, essa é uma possibilidade que pode ser considerada. "

Dagliyan acrescentou que o processo poderia ser usado para anexar biossensores a proteínas que poderiam então ser usadas para ajudar a identificar não apenas o comportamento de uma proteína, mas como funcionam as redes de proteínas.

A divisão de proteínas seria outra ferramenta para pesquisadores médicos, disse Dokholyan, que acrescentou que seu laboratório tem ajudado a desenvolver a sinalização optogenética e cromogenética de indivíduos e grupos de proteínas.

Os pesquisadores postaram o programa online em spell.dokhlab.org.

“Esta é uma ferramenta que basicamente automatiza o processo, para que não nos ajude a controlar apenas uma proteína desta forma, mas se tornará uma plataforma completa - e esta plataforma agora está disponível para cientistas de todo o mundo, "disse Dokholyan.