Cientistas desenvolvem nova abordagem para interrogar interações proteína-proteína específicas de tecido
Análise MACSPI seletiva de células em C. elegans. (A) Estrutura química e funções do foto-ANA. (B) Uma abordagem proteômica química para perfilar o proteoma e o interactoma específicos do tipo de célula. (C) A seletividade espacial é alcançada controlando a expressão do mutante MetRS, que pode marcar proteínas com foto-ANA, utilizando promotores específicos de células em animais transgênicos. Crédito:Anais da Academia Nacional de Ciências (2024). DOI:10.1073/pnas.2319060121 Organismos multicelulares, como animais e plantas, possuem células complexas com diversas funções. Essa complexidade surge da necessidade das células produzirem proteínas distintas que interagem entre si. Esta interação é crucial para que as células desempenhem as suas tarefas específicas e formem maquinaria molecular complexa.
No entanto, a nossa compreensão actual de tais interacções proteína-proteína muitas vezes carece de contextos celulares porque foram geralmente estudadas num sistema in vitro ou em células isoladas do seu ambiente tecidual. Faltam métodos eficazes para investigar as interações proteína-proteína de maneira específica do tecido.
Para colmatar esta lacuna tecnológica, uma equipa de investigação colaborativa da Universidade de Hong Kong (HKU), liderada pelo Professor Xiang David Li do Departamento de Química e pelo Professor Chaogu Zheng da Escola de Ciências Biológicas, ambos da Faculdade de Ciências, juntamente Xiucong Bao, da Escola de Ciências Biomédicas da Faculdade de Medicina Li Ka Shing, desenvolveu recentemente uma nova abordagem de biologia química.
A equipe rotulou proteínas de células específicas com uma sonda de aminoácidos bifuncional que permite isolar as proteínas marcadas e captura as interações proteína-proteína por meio de foto-reticulação.
Este novo método, Proteômica e Interactomia Específica de Células Analógicas de Metionina (MACSPI), permitiu à equipe identificar muitas novas proteínas específicas de tecidos e interações de proteínas, ajudando-nos a entender melhor como as células funcionam em organismos vivos e a estudar vários problemas biológicos. como desenvolvimento de órgãos e patogênese de doenças.
O trabalho foi publicado recentemente no Proceedings of the National Academy of Sciences .
Design inovador
A equipe projetou e sintetizou um aminoácido não natural (foto-ANA) que é estruturalmente semelhante à metionina, o aminoácido natural, mas com dois componentes adicionais.
Um componente é um grupo alcino, que pode ser usado como identificador químico para que as proteínas marcadas sejam extraídas e purificadas. O outro é um grupo diazirina, que pode ser ativado pela luz para criar ligações covalentes estáveis entre as proteínas marcadas e quaisquer moléculas com as quais interajam.
Em seguida, a equipe projetou uma enzima chamada MetRS para criar uma variante que possa reconhecer e incorporar o aminoácido não natural nas proteínas à medida que elas são construídas. Ao controlar a expressão desta enzima projetada em tecidos específicos, apenas as proteínas do tecido de interesse são marcadas pela sonda química. Além disso, com a reticulação induzida pela luz, complexos proteicos de tecidos específicos podem ser capturados e isolados.
Como prova de conceito, a equipe aplicou o método MACSPI para traçar o perfil de proteínas de células musculares e neurônios, respectivamente, em um organismo modelo chamado C. elegans e encontrou muitas novas proteínas específicas de tecidos.
A equipe também demonstrou a utilidade do método na captura da interação proteína-proteína específica do tecido, identificando interagentes específicos do tecido de uma proteína expressa de forma ubíqua, como o acompanhante molecular chamado HSP90. Verificou-se que a HSP90 se liga a conjuntos distintos de proteínas para regular diferentes processos biológicos nos músculos e neurônios.
“Este estudo é um excelente exemplo de como métodos inovadores de rotulagem química podem ajudar a resolver problemas biológicos difíceis”, disse o professor Xiang David Li.
"Compreender a interação proteína-proteína na resolução celular é muitas vezes crítico para decifrar o mecanismo molecular de um processo patológico. Por exemplo, estamos atualmente explorando as funções dos interatores neuronais HSP90 que identificamos; alguns parecem estar envolvidos na neurodegeneração em um paciente com Parkinson modelo de doença", disse o professor Chaogu Zheng.
A equipe prevê que o método MACSPI pode ser usado em muitos organismos multicelulares para traçar o perfil de proteomas e interactomas com especificidade espacial e temporal, o que pode facilitar um amplo espectro de pesquisas biológicas e biomédicas.
