Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) identificou como uma classe especial de enzimas derivadas de plantas, conhecidas como ligases peptídicas, trabalham para juntar proteínas. Essa ligação é um processo importante no desenvolvimento de medicamentos, por exemplo, em anexar especificamente um medicamento de quimioterapia a um anticorpo que reconhece marcadores tumorais para células cancerosas alvo.

Mais amplamente, peptídeos ligases são uma ferramenta útil em aplicações biotecnológicas e biomédicas, como marcação de proteínas, imagem e rastreamento de proteínas no corpo.

Os cientistas da NTU Cingapura demonstraram que o segredo da propriedade de 'supercola' de uma ligase de peptídeo está em duas regiões específicas da enzima que lhe conferem a capacidade de se ligar a outras moléculas, e para alterar a taxa de funcionamento.

A equipe da NTU liderada pelo professor associado Julien Lescar e o professor James Tam da Escola de Ciências Biológicas da NTU usou seu novo conhecimento para desenvolver um novo peptídeo ligase criado em laboratório com base na informação genética da violeta chinesa ( Viola Yedoensis ), uma planta medicinal com propriedades antibióticas e antiinflamatórias.

O peptídeo ligase criado artificialmente, também conhecido como uma ligase de peptídeo recombinante, pode ajudar no desenvolvimento de medicamentos feitos de componentes retirados de organismos vivos, uma vez que supera as limitações dos métodos atuais, como subprodutos ou moléculas tóxicas que podem alterar a função e eficácia de um medicamento.

Os resultados foram publicados em abril no Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS )

Professor Associado Julien Lescar, que também trabalha no NTU Institute of Structural Biology (NISB), disse, "Usamos o que aprendemos na natureza para desenvolver uma enzima recombinante em laboratório. Ela se liga a uma proteína específica, que então se junta a outra proteína ou molécula específica. Esta nova maneira de fazer as coisas pode servir de base para melhores testes de diagnóstico ou drogas anticâncer. "

Atualmente, durante o desenvolvimento da droga, as moléculas de proteína são unidas quimicamente. Embora seja eficiente, o processo deixa subprodutos que podem alterar a função do produto final.

As ligases peptídicas derivadas de plantas provaram ser uma "supercola" de proteína mais confiável do que as ligases derivadas de bactérias, ou o uso de produtos químicos para unir proteínas. Assoc Prof Lescar observou que enzimas extraídas de plantas podem transportar contaminantes que podem, por sua vez, desencadear alergias, e a disponibilidade da enzima depende do sucesso do cultivo e da colheita. Em contraste, a nova enzima recombinante desenvolvida pela NTU pode ser produzida em laboratórios em grandes quantidades, sem quaisquer subprodutos.

Professor James Tam, que também está no NISB, disse, "Em termos muito simples, nosso trabalho para criar essas ligases fornece uma plataforma aprimorada para a biofabricação de medicamentos de precisão, diagnósticos e biomateriais. "

Tirando uma folha do livro da natureza

A equipe da NTU estudou a informação genética de enzimas extraídas da violeta chinesa ( Viola Yedoensis ) e a violeta do Canadá ( Viola canadensis ) Em vez de testar a eficiência dessas enzimas extraídas, os cientistas projetaram cinco amostras de enzimas recombinantes inserindo os genes das enzimas em uma cultura de células de inseto. Das cinco amostras, três são ligases peptídicas. Os outros dois são proteases, que são enzimas que clivam as moléculas de proteínas em cadeias peptídicas menores.

Os cientistas descobriram que uma das amostras de peptídeo ligase recombinante, VyPAL2, tem propriedades de ligação excepcionais, e é 3, 000 vezes mais eficiente do que três outros tipos conhecidos de ligases.

Por meio de uma análise estrutural de VyPAL2, the NTU team then narrowed down the "control centers" of its superglue property to two specific regions, which they called LAD1 and LAD2. LAD1 affects the rate of enzymatic activity, while LAD2 determines whether the enzyme exhibits ligase or protease activity.

Turning proteases into peptide ligases

Another discovery stemming from the knowledge of the peptide ligase's molecular mechanism is a method to convert it from being a cutter (a protease) into a joiner (peptide ligase). This can be done by introducing mutations into the LAD1 and LAD2 regions of a protease.

Knowing this conversion process opens up possibilities for identifying novel interesting peptide ligases by simply trawling through protein sequence databases, said Assoc Prof Lescar.

"When you have tens of thousands of proteases, and only a few known peptide ligases, trawling through the sequence databases with the LAD1 and LAD2 regions as the search criteria could lead to the discovery of more proteases that can be converted into peptide ligases. It's like a fishing expedition, but at least now we know where to fish."

Future applications

The team recently received funding from NTUitive, NTU's innovation and enterprise company, and is now working to develop the recombinant enzyme into a product. The product will be eventually sold at Epitoire, a start-up founded by Assoc Prof Lescar. The start-up sells DNA, RNA and protein reagents for academics and researchers who wish to do protein modification.

The team is also partnering both local and overseas medical schools and health institutions to use this recombinant enzyme in diagnostic imaging, such as brain tumor imaging during a surgery.

A patent has been filed for the creation of the recombinant enzyme, as well as the mechanism that converts a protease into a ligase.