O design de proteínas é um campo popular e em rápido crescimento, com cientistas que desenvolveram novas gaiolas de proteína - nanoestruturas semelhantes a cápsulas para finalidades como terapia genética e administração de drogas direcionadas. Muitas dessas estruturas feitas em laboratório, embora seja esteticamente agradável para os químicos, têm buracos muito grandes para prender uma molécula alvo ou não abrem sob comando, limitando seu escopo funcional.
Mas novas descobertas de pesquisas, pelo professor de Química e Bioquímica da UC San Diego, Akif Tezcan, oferecem uma arquitetura de proteína com pequenos orifícios - "poros" no jargão da química. As evidências, publicado em Natureza , ultrapasse os limites do design de proteínas sintéticas além do que é considerado o estado da arte.
"Se as moléculas podem ir e vir livremente por esses orifícios, você não será capaz de armazenar pequenas coisas no interior, "explicou Tezcan." Gaiolas de proteína que as pessoas projetaram antes têm a forma e a simetria certas, mas eles são principalmente como bolas Wiffle - eles não isolam necessariamente o interior do exterior. "
Ao adaptar a superfície de pequenos blocos de construção de proteínas com vários locais de ligação de metal, A equipe de Tezcan desenvolveu uma nova gaiola de proteína com pequenos poros que prendem as moléculas com segurança em seu interior.
"Este projeto é uma adição significativa ao campo porque demonstra que um design mínimo pode ser usado para gerar módulos, gaiolas de proteínas responsáveis por estímulos que abordam a complexidade dos sistemas naturalmente evoluídos, "disse o co-autor Rohit Subramanian, um estudante de pós-graduação no Laboratório Tezcan.
Adicionalmente, a nova estrutura pode ser aberta por meio de produtos químicos, térmico ou redox (transferência de elétrons entre um conjunto de átomos, moléculas ou íons com a mesma fórmula química) reações. De acordo com Tezcan, a equipe de pesquisa da UC San Diego estava idealmente situada para criar o novo design de gaiola de proteína com seus insights de química inorgânica - especificamente química de coordenação de metal, o que fez a diferença.
O primeiro autor do artigo, intitulado "Construindo Poliedros de Proteína por Interações Químicas Ortogonais, "é Eyal Golub, um ex-bolsista de pós-doutorado no Laboratório Tezcan que concebeu o projeto e realizou muitos dos experimentos.
"Ao avaliar nossos projetos, descobrimos que um resultou na formação de uma gaiola de seis proteínas em vez da gaiola de 12 proteínas que esperávamos, "disse Golub." Este resultado foi especialmente importante para o projeto porque demonstrou uma adaptabilidade que permitiu diferentes tipos de simetrias de gaiola usando o mesmo andaime de design. "
Como as gaiolas de proteína estão fortemente interconectadas, formas poliédricas, como uma bola de futebol, sua construção a partir de blocos de construção mais simples deve atender aos rígidos requisitos de simetria. Outros designers têm evitado esse desafio usando blocos de construção de proteínas com simetrias inerentes, conectando-os por meio de interações relativamente fortes. Essas estratégias, Contudo, levam a arquiteturas altamente porosas que não podem abrir e fechar como as gaiolas de proteínas naturais. Vírus, por exemplo, são exemplos de gaiolas de proteína na natureza. Eles contêm carga genética em seu interior e os entregam às células hospedeiras que infectam. A nova estratégia dos pesquisadores da UC San Diego permitiu-lhes organizar os blocos de construção em orientações precisas e simetrias adequadas para construir gaiolas de proteína, ao mesmo tempo que controlavam sua dinâmica por meio dos íons metálicos.
O documento também inclui visualizações detalhadas da gaiola de proteína possibilitadas por colaborações com o professor Tim Baker e seu grupo na Divisão de Ciências Biológicas da UC San Diego, Seção de Biologia Molecular, com as instalações de Cristalografia e Cryo-EM (microscopia crioeletrônica) da UC San Diego.
"Sabíamos que precisávamos de diferentes técnicas para entender as estruturas de nossas gaiolas de proteína, "disse Tezcan." Na UC San Diego, sempre há alguém que tem experiência para ajudar, alguém disposto a colaborar e nos ensinar como fazer. "
Quanto à próxima etapa, Tezcan disse que há mais desenvolvimento a ser feito.
"Podemos fazer gaiolas maiores, podemos encapsular cargas maiores, podemos realmente entregá-lo nas células? Mas estamos muito entusiasmados com o aspecto fundamental e interdisciplinar deste projeto, que mostra o poder da intuição química simples para resolver um quebra-cabeça biológico complexo, " ele disse.
