p Os pesquisadores usam ferramentas de pequenas moléculas sintetizadas, conhecidas como sondas químicas, com propriedades parecidas com drogas para identificar tipos específicos de proteínas, a fim de encontrar potenciais novos condutores de drogas. Contudo, as tecnologias atualmente disponíveis não são capazes de acessar alvos terapêuticos que possuem metais, metabólitos, ou modificações pós-traducionais. p Agora, um estudo do laboratório de Megan Matthews e colegas sugere novas maneiras de manipular essa classe de alvos de doenças que até agora permaneceram "intratáveis". Os resultados foram publicados em ACS Central Science e estão na capa de setembro da publicação.

p Os cientistas do laboratório de Matthews são biólogos químicos multidisciplinares e colaborativos. Eles têm experiência em química sintética, enzimologia, biologia Celular, e proteômica química baseada em espectrometria de massa, que é comumente usado para caracterizar pequenas interações molécula-proteína e seus efeitos na função da proteína. Usando essa abordagem, os pesquisadores podem criar perfis globais e descobrir proteínas que reagem com sondas específicas, entender o que essas proteínas fazem, e inibir as atividades da proteína por meio de novos mecanismos.

p Neste estudo, os pesquisadores se concentraram em mapear a reatividade química de uma organo-hidrazina, –NHNH ₂ , sonda que imita um dos primeiros antidepressivos aprovados pela FDA, conhecido como fenelzina, usando um método chamado perfil de proteína baseado em atividade (ABPP). As sondas ABPP clássicas têm como alvo um único tipo de aminoácido que é nucleofílico, ou rico em elétrons, enquanto as sondas de hidrazina são projetadas para capturar cofatores enzimáticos e modificações pós-tradução que são eletrofílicas, ou pobre em elétrons.

p "As hidrazinas capturam todos os tipos de alvos realmente emocionantes por meio de uma química muito interessante, então, estamos usando-o como um ponto de partida para a descoberta de inibidores de enzima, "diz Matthews, o investigador principal deste estudo. "Queríamos perguntar quais são todas as coisas que este farmacóforo pode fazer em todo o proteoma, e por causa da espectrometria de massa podemos fazer isso. "

p Depois de implantar sua sonda em duas linhas de células humanas, eles mostraram que as sondas reagem com alvos de várias classes de enzimas que usam uma gama diversificada de cofatores; cofatores são diferentes tipos de maquinário químico que ajudam uma proteína a cumprir sua função. Então, mapeando os locais de marcação da sonda nas proteínas, os cientistas demonstraram dois modos de reatividade, chamado de ataque polar direto e ativação / fragmentação oxidativa, que contam com as propriedades versáteis da hidrazina e sua capacidade de capturar diferentes tipos de deficiência de elétrons.

p Um dos maiores desafios técnicos, diz o pós-doutorado e primeiro autor Zongtao "Tom" Lin, estava identificando onde e como a sonda reagia com as proteínas porque não era algo facilmente previsível. "Nossa solução foi usar sondas isotópicas de hidrazina, substituindo átomos de nitrogênio em abundância natural ¹⁴ N, com sua contraparte 'pesada' ¹⁵ N. Isso nos permitiu ver se o grupo hidrazina foi perdido após reagir com a proteína ou não, "Lin diz." Depois disso, contamos com um fluxo de trabalho computacional para combinar os padrões de fragmentação de peptídeos e restringir os locais de marcação da sonda. Esta combinação de sondas isotópicas de hidrazina e pesquisas computacionais nos permitiu atingir nosso objetivo. "

p A equipe descobriu que, embora as hidrazinas sejam amplamente reativas, eles permanecem direcionados ao sítio ativo e são bloqueados por outras moléculas que ocupam o sítio ativo de uma proteína. "Porque eles têm como alvo a química funcional, eles são capazes de ler o estado funcional de muitas classes diferentes de enzimas. Isso é incrível porque se aproxima do Santo Graal de uma única sonda para poder traçar o perfil de qualquer funcionalidade de proteína deficiente em elétrons, "Diz Matthews." Então, agora, em princípio, podemos desenvolver moléculas seletivas para alvos encontrados nesta metade desconhecida do proteoma que agora é 'drogável, "e isso é realmente poderoso e expansivo."

p Próximo, os cientistas irão elaborar e ajustar essas hidrazinas para explorar se os nucleófilos diversificados têm a mesma capacidade que os eletrófilos para servir como potentes, inibidores seletivos de enzimas dependentes de cofator.

p Matthews acrescenta que, como esses métodos são "agnósticos para doenças, "Existem oportunidades únicas para estudar atividades que são desreguladas em amostras de pacientes e modelos de doenças." esperamos que as sondas de hidrazina retenham todas as capacidades das sondas ABPP clássicas, incluindo a descoberta de inibidores e novos mecanismos de ação, "Diz Matthews." Em alguns casos, esperamos descobrir alguma nova biologia, também."