Pesquisadores do Boston College usaram uma leve carga de eletricidade para modificar proteínas com precisão, uma nova ferramenta que pode ser usada para desenvolver novas ferramentas bioterapêuticas e de pesquisa baseadas em proteínas, relatou recentemente a equipe na revista Nature Chemistry. .



A equipe, liderada pelos professores de química Abhishek Chatterjee e Eranthie Weerapana, desenvolveu e otimizou uma nova reação eletroquímica de marcação de proteínas chamada "eCLIC" que permite a modificação precisa de resíduos de 5-hidroxitriptofano (5HTP) incorporados especificamente no local em muitas proteínas diferentes, incluindo completo anticorpos terapêuticos de comprimento.

"Usamos essa estratégia para gerar muitos conjugados de proteínas específicas do local, incluindo um conjugado anticorpo-droga citotóxica que entra seletivamente e mata células cancerígenas, mas não células não cancerosas", disse Chatterjee. "Uma vantagem importante do eCLIC é que os reagentes necessários para este método são realmente baratos, custando menos de US$ 10 por grama."

O sucesso da equipe marcou a primeira vez que a eletrocatálise foi usada para obter a modificação de proteínas de maneira específica do local, relataram eles em seu artigo "Rotulagem eletroquímica de hidroxiindoles com quimiosseletividade para bioconjugação de proteínas específicas do local".

As proteínas são moléculas grandes, normalmente compostas por centenas de monômeros de aminoácidos, observou Chatterjee. A capacidade de modificar seletivamente proteínas em locais predefinidos é importante para muitas aplicações. Por exemplo, ao ligar covalentemente medicamentos tóxicos a anticorpos, foi possível distribuí-los selectivamente às células cancerígenas, o que resultou numa eficácia terapêutica melhorada e numa redução da toxicidade fora do alvo.

Muitas aplicações de pesquisa também requerem a ligação de sondas biofísicas a várias proteínas. A capacidade de definir o local de modificação nas proteínas é crítica para garantir que importantes funções proteicas não sejam prejudicadas, disse Chatterjee.

“O desafio surge do fato de que todas as proteínas são compostas por 20 aminoácidos em diversas combinações”, disse ele. “Identificar uma funcionalidade modificável no local desejado, não repetida em outro lugar, é normalmente um desafio, o que torna difícil alcançar a especificidade do local na modificação de proteínas”.

Para superar esses desafios, a equipe procurou desenvolver um método para incorporar um aminoácido não natural em qualquer local escolhido de uma proteína. A equipe conseguiu isso reengenharia do sistema de tradução das células para acomodar o novo aminoácido 5HTP.

Além disso, os pesquisadores queriam projetar reações químicas que pudessem ser usadas para modificar seletivamente esse aminoácido não natural na presença de todos os aminoácidos naturais, disse Chatterjee.

"Se pudéssemos fazer isso, poderíamos fornecer um método geral para gerar proteínas com uma 'alça de fixação' embutida em um local predefinido. Em particular, estávamos interessados ​​em desenvolver uma reação que usaria eletricidade para catalisar a modificação da proteína reação em vez de catálise química, uma vez que a primeira é barata, ecologicamente correta e suave para proteínas delicadas."

Chatterjee disse que a equipe conseguiu superar um desafio incomum quando tentou modelar a reação pela primeira vez. Normalmente, os pesquisadores começam com moléculas pequenas, neste caso, 5HTP e anilina, e depois passam para proteínas grandes.

Mas as primeiras tentativas de reação entre 5HTP e anilinas no nível de moléculas pequenas foram confusas, pois as moléculas de 5HTP reagiram preferencialmente umas com as outras. Mas quando o 5HTP foi incorporado a uma proteína grande, ele não foi mais capaz de reagir com outro 5HTP ligado à proteína e, em vez disso, reagiu de forma limpa com uma anilina, relatou a equipe.

“Se tivéssemos mantido a progressão tradicional – de pequeno para grande porte – nunca teríamos seguido o eCLIC, pensando que ‘é muito confuso’”, disse Chatterjee. “Em vez disso, desenvolvemos nossa reação de forma não tradicional, diretamente em uma proteína, o que nos ajudou a perceber o quão limpa e seletiva ela era neste ambiente”.

Para avançar ainda mais a estratégia eCLIC para modificação em larga escala de alvos proteicos importantes, esta tecnologia foi licenciada para a BrickBio, Inc., da qual Chatterjee foi cofundador. A pesquisa futura se concentrará no desenvolvimento de bioterapêuticos e reagentes de pesquisa baseados em proteínas modificados especificamente para o local da próxima geração.

Mais informações: Conor Loynd et al, Rotulagem eletroquímica de hidroxiindoles com quimiosseletividade para bioconjugação de proteínas específicas de local, Nature Chemistry (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01375-y
Fornecido pelo Boston College