Peptídeos são biomoléculas formadas quando dois ou mais aminoácidos que desempenham funções essenciais no organismo humano, como hormônios, neurotransmissores, analgésicos e antibióticos, se unem. Por isso, são muito estudados e utilizados pela indústria farmacêutica, por exemplo.



Um estudo realizado por cientistas do Departamento de Biofísica da Faculdade de Medicina da Universidade Federal de São Paulo (EPM-UNIFESP) no Brasil identificou alterações significativas nas propriedades físico-químicas dos peptídeos durante um processo espontâneo de alteração química denominado piroglutaminação.

A piroglutaminação é uma modificação resultante da conversão espontânea da glutamina em ácido piroglutâmico, com impacto significativo nas propriedades físicas e químicas dos peptídeos. É uma parte bem conhecida, mas frequentemente esquecida, da síntese de peptídeos e raramente explorada em proteômica.

Os pesquisadores que conduziram o estudo enfatizam que isso pode ocorrer rapidamente e acelerar à medida que a temperatura aumenta, ressaltando a necessidade de cautela durante os experimentos de laboratório para evitar a ciclização da glutamina. É especialmente importante em condições que imitam ambientes fisiológicos onde as temperaturas estão na faixa de 37° C, a temperatura normal de um organismo humano saudável.

A descoberta tem implicações para pesquisas laboratoriais e abre novas perspectivas para o estudo de doenças neurodegenerativas como Alzheimer e Parkinson, já que após modificação química a molécula adquire uma estrutura amilóide, o que favorece a agregação de moléculas, formando placas como as que se acredita causarem as doenças em questão.

Um artigo sobre o estudo foi publicado na Biochemistry .

O grupo conduziu experimentos in vitro para investigar o mecanismo pelo qual o aminoácido glutamina (Gln) se transforma em ácido piroglutâmico (Pyr) na presença de um peptídeo ou sequência proteica na extremidade N-terminal. Esse processo ocorre por meio da desamidação, reação que elimina a amônia (NH₃ ). Pyr (também chamado de piroglutamato) é um aminoácido cíclico formado como resultado da desidratação do glutamato. Todas as proteínas consistem em múltiplos aminoácidos unidos por ligações peptídicas, com variações no número e na sequência de aminoácidos.

"O resultado pode servir de modelo para muitos pesquisadores que trabalham com peptídeos. Chegamos a duas descobertas principais. Voltamos a um tópico antigo, que é como a glutamina se decompõe em ácido piroglutâmico, mas introduzimos um alerta sobre a importância de analisar a sequência. O segundo ponto foi que após a conversão do peptídeo, suas características mudam e ele tende a aderir às membranas”.

“A presença do ácido piroglutâmico favorece a formação de agregados amiloidogênicos, semelhantes aos conglomerados normalmente encontrados em casos de doenças neurodegenerativas. Essas placas amilóides são formadas no cérebro e interrompem o fluxo de neurônios”, disse Clovis Ryuichi Nakaie, último autor do estudo. artigo.

Etapas da pesquisa

A sequência peptídica modelo (QHALTSV-NH2) utilizada no estudo teve origem no doutorado. pesquisa de Mariana Machado Leiva Ferreira, primeira autora do artigo, enquanto ela buscava a síntese de cerca de duas dezenas de peptídeos presentes nas sequências de cinco receptores acoplados à proteína G (GPCRs) que variavam em tamanho até cerca de 20 aminoácidos. Os GPCRs capturam uma ampla gama de sinais extracelulares (desde fótons a íons, proteínas, neurotransmissores e hormônios) e ativam vias de sinalização dentro das células.

Um dos peptídeos sintetizados por Ferreira destacou-se pelo baixo rendimento e foi o único com glutamina na extremidade amina. “Após a primeira tentativa de síntese com baixíssimo rendimento, variamos vários parâmetros para aumentar a produção do peptídeo, incluindo alterações na parte sintética e no processo de purificação, mas infelizmente ele sempre se degradou parcialmente”, disse.

Quando o grupo testou soluções frequentemente utilizadas em experimentos proteômicos, descobriu que a conversão da glutamina em ácido piroglutâmico ocorria em todas elas em função do tempo, de acordo com uma cinética típica de primeira ordem, onde a taxa de conversão era proporcional ao tempo gasto. pela reação. Decidiram então não agitar a solução para que a taxa de conversação pudesse ser inferida. Por exemplo, estimaram que após cinco horas pelo menos 10% da glutamina provavelmente foi convertida em ácido piroglutâmico.

Uma pequena alteração estrutural desencadeada quando o peptídeo nativo foi piroglutaminado na extremidade N-terminal foi suficiente para alterar o comportamento físico-químico da molécula.

"Por ser cíclico e ter uma carga positiva a menos, o peptídeo Pyr deveria ser mais hidrofóbico do que a molécula nativa e, portanto, esperávamos que o análogo interagisse com sistemas miméticos de membrana. O que não previmos foi que o análogo implicaria o formação de estruturas amilóides como as observadas em doenças neurodegenerativas Não estudamos nenhuma delas, mas nossos resultados apontam nessa direção”, disse Emerson Rodrigo da Silva, penúltimo autor do artigo, à Agência FAPESP. Silva e Nakaie são os autores correspondentes.

Nakaie enfatizou a importância das mudanças pós-traducionais no organismo envolvendo a cadeia polipeptídica. Desempenham um papel na diversidade funcional das proteínas e permitem a adaptação de uma sequência de aminoácidos codificada por um gene para desempenhar várias funções reguladoras.

“Neste contexto, o tempo como factor estará sempre correlacionado com a ocorrência de alterações, independentemente da sua velocidade ou da sua localização no nosso organismo. Isto lembra a ideia do relógio biológico e é por isso que sugerimos colocar uma ampulheta na capa do diário para simbolizar a conversão espontânea de Gln em Pyr", disse Nakaie.

Ele é professor da EPM-UNIFESP há 45 anos e destacou o trabalho inovador realizado pelo grupo no Departamento de Biofísica. Em particular, observou ele, eles introduziram a síntese e a bioquímica de peptídeos e derivados de aminoácidos no Brasil.

“Nossas descobertas sem dúvida abrirão caminho para novos estudos. Depois de concluído o trabalho do qual fez parte a pesquisa de doutorado de Mariana Ferreira, queremos também dar continuidade a esta linha de pesquisa”, afirmou.

Mais informações: Mariana M. L. Ferreira et al, Mudanças induzidas por piroglutaminação nas características físico-químicas de um peptídeo de quimiocina CXCR4:análise cinética e estrutural, Bioquímica (2023). DOI:10.1021/acs.biochem.3c00124
Informações do diário: Bioquímica

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