Durante a temporada de gripes e resfriados, o excesso de muco é um sintoma comum e desagradável de doença, mas a substância escorregadia é essencial para a saúde humana. Para compreender melhor as suas muitas funções, os investigadores sintetizaram o principal componente do muco, as proteínas revestidas de açúcar chamadas mucinas, e descobriram que alterar as mucinas das células saudáveis ​​para se assemelharem às das células cancerígenas fazia com que as células saudáveis ​​agissem de forma mais semelhante ao cancro.



A pesquisadora apresentou seus resultados na reunião de primavera da American Chemical Society (ACS).

“Durante centenas de anos, o muco foi considerado um resíduo ou apenas uma simples barreira”, diz Jessica Kramer, professora de engenharia biomédica que liderou o estudo. E, de facto, serve como barreira, regulando o transporte de pequenas moléculas e partículas para as células epiteliais subjacentes que revestem os tratos respiratório e digestivo. Mas também faz muito mais.

Estudos mostram que o muco e as mucinas são biologicamente ativos, desempenhando papéis na imunidade, no comportamento celular e na defesa contra patógenos e câncer. A equipe de Kramer, da Universidade de Utah, por exemplo, descobriu recentemente que açúcares específicos ligados às mucinas inibiam a infecção por coronavírus em cultura de células.

“Parte do desafio de estudar o muco e as mucinas em geral é que eles têm uma grande variedade de estruturas proteicas”, explica Kramer. Embora os humanos compartilhem mais de 20 genes de mucina, esses genes são expressos de forma diferente em diferentes tecidos e são unidos para gerar uma variedade de proteínas. Além disso, as células modificam essas proteínas de inúmeras maneiras com diferentes açúcares para atender às necessidades do corpo.

Para complicar o quadro, os fatores genéticos por si só não determinam a composição da mucina. Fatores dietéticos e ambientais também podem influenciar quais açúcares se ligam a essas proteínas. Assim, a composição do muco pode variar significativamente de pessoa para pessoa, de dia para dia e de tecido para tecido, o que torna difícil identificar os efeitos biológicos de qualquer mucina.

Para estudar as propriedades da mucina, os pesquisadores podem coletar muco de animais em matadouros, diz Kramer. "Mas, em última análise, é muito trabalhoso e difícil de purificar. E no processo de colheita, geralmente as propriedades pegajosas e viscosas são interrompidas."

Como alternativa, as mucinas podem ser adquiridas no mercado, explica Kramer. Mas como a variabilidade entre lotes pode levar a problemas de reprodutibilidade experimental, são necessários métodos para produzir mucinas sintéticas de forma confiável em escala e a um preço razoável.

Na ausência de um método genético simples para produzir mucinas individuais, o laboratório de Kramer combinou química sintética e enzimas bacterianas para gerar os polipeptídeos centrais e depois adicionou açúcares seletivamente para criar mucinas sintéticas únicas.

Isso permite que os pesquisadores testem as propriedades físicas, químicas e biológicas de tipos individuais de moléculas de mucina e identifiquem o impacto da alteração de açúcares individuais ou sequências de proteínas.

Kramer, juntamente com o laboratório da colaboradora Jody Rosenblatt no King's College London, está aplicando as mucinas de sua equipe a questões de biologia do câncer. Em particular, os cientistas estão explorando a influência das mucinas nos estágios iniciais da formação do tumor.

Estudos anteriores realizados noutros laboratórios demonstraram que as mucinas incorporadas na superfície das células cancerígenas promovem a metástase, a propagação do cancro para outros tecidos do corpo. Essas mucinas também podem ajudar as células cancerígenas a escapar das defesas do sistema imunológico, bloqueando a ativação das células imunológicas.

“Estamos construindo mucinas sintéticas para entender como os aspectos químicos dessas proteínas afetam o comportamento das células cancerígenas”, explica Kramer. "Não foi possível estudar estas coisas antes porque não podemos controlar as propriedades moleculares das mucinas usando métodos genéticos e bioquímicos tradicionais."

Normalmente, à medida que as células epiteliais não cancerosas crescem, elas se aglomeram, sendo algumas eliminadas da camada epitelial para manter uma estrutura de tecido consistente e estável. Quando a equipe de Kramer projetou as células para terem uma superfície volumosa e rica em mucina, semelhante à das células cancerígenas, as células pararam de se extrusar normalmente e se acumularam, formando o que parecia ser o início de tumores.

Kramer é rápido a notar, no entanto, que a sua equipa não determinou se a genética das células mudou, pelo que ainda não podem afirmar definitivamente se as células saudáveis ​​foram transformadas em células cancerígenas. Esses estudos estão em andamento.

Os insights serão fundamentais para o desenvolvimento de possíveis tratamentos contra o câncer direcionados às mucinas, pois ajudarão a destacar quais partes das moléculas de mucina são mais importantes para a formação de tumores.

Os cientistas têm tentado desenvolver terapêuticas direcionadas à mucina há décadas, mas isso não funcionou bem, em parte porque os grupos de açúcar nas moléculas não foram totalmente levados em consideração, diz Kramer.

“Para uma vacina, não podemos considerar apenas a sequência da proteína porque não é assim que a molécula se parece ao sistema imunológico. Em vez disso, quando uma célula imunológica colide com a superfície de uma célula cancerosa, ela verá os açúcares primeiro, não a espinha dorsal da proteína." Portanto, ela acredita que uma vacina eficaz precisará ter como alvo os açúcares da mucina.

Além do cancro, a capacidade de modificar de forma fiável a sequência de proteínas e açúcares e de produzir quantidades escalonáveis ​​de mucinas sintéticas oferece oportunidades para desenvolver estas moléculas como anti-infecciosos, probióticos e terapias para apoiar a saúde reprodutiva e da mulher, diz Kramer.

Fornecido pela American Chemical Society