Os pesquisadores desenvolveram um método simples de fazer cadeias curtas de proteínas com estruturas espirais que também podem se dissolver na água, duas características desejáveis ​​nem sempre encontradas juntas. Essas estruturas podem ter aplicações como blocos de construção para nanoestruturas de automontagem e como agentes para entrega de drogas e genes.

Liderado por Jianjun Cheng, professor de ciência de materiais e engenharia da Universidade de Illinois, a equipe de pesquisa publicará seus resultados na edição de 22 de fevereiro da revista Nature Communications .

Cientistas de materiais têm se interessado em projetar grandes moléculas de polímero que possam ser usadas como blocos de construção para estruturas de automontagem. O desafio é que as moléculas geralmente adotam uma forma globular, forma esférica, limitando sua capacidade de formar agregados ordenados. Contudo, polipeptídeos - cadeias de aminoácidos como proteínas - podem formar estruturas helicoidais. Cadeias polipeptídicas curtas que adotam uma forma espiral agem como hastes cilíndricas.

"Se você tem duas hastes rígidas, um positivo e um negativo, um ao lado do outro, eles vão ficar juntos. Se você tem uma maneira de colocar a carga na superfície, eles podem se compactar em um fechamento, forma compacta, então eles formam uma estrutura tridimensional, "Cheng disse.

Contudo, é difícil fazer polipeptídeos helicoidais que são solúveis em água para que possam ser usados ​​em solução. Os polipeptídeos ganham sua solubilidade a partir de cadeias laterais - estruturas moleculares que se originam de cada ligação de aminoácido na cadeia polipeptídica. Os aminoácidos com cargas positivas ou negativas em suas cadeias laterais são necessários para fazer um polipeptídeo se dispersar na água.

O problema surge quando as cadeias com cadeias laterais carregadas formam estruturas helicoidais. As cargas causam uma forte repulsão entre as cadeias laterais, que desestabiliza a conformação helicoidal. Isso faz com que os polipeptídeos solúveis em água formem estruturas helicoidais aleatórias em vez das hélices desejadas.

Ao explorar soluções para o enigma da helicoidal, polipeptídeos solúveis em água, os pesquisadores tentaram vários métodos complicados. Por exemplo, cientistas tentaram enxertar produtos químicos altamente solúveis em água nas cadeias laterais para aumentar a solubilidade geral dos polipeptídeos, ou criando hélices com cargas apenas em um lado.

"Você pode obter a estrutura helicoidal e a solubilidade, mas precisa projetar a estrutura helicoidal de uma maneira muito especial. O projeto do peptídeo precisa de uma sequência muito específica. Então você está muito limitado no tipo de polipeptídeo que pode construir, e não é fácil projetar ou manusear esses polipeptídeos, "Cheng disse.

Em contraste, O grupo de Cheng desenvolveu uma solução muito simples. Uma vez que a proximidade das cargas causa a repulsão que rompe a hélice, os pesquisadores simplesmente alongaram as cadeias laterais, movendo as cargas para longe da espinha dorsal e dando-lhes mais liberdade para manter distância umas das outras.

Os pesquisadores observaram que, à medida que aumentavam o comprimento das cadeias laterais com cargas na extremidade, a propensão dos polipeptídeos para formar hélices também aumentou.

"É uma ideia tão simples - mova a carga para longe do backbone, "Cheng disse." Não é nada difícil fazer as cadeias laterais mais longas, e tem propriedades incríveis para enrolar estruturas helicoidais simplesmente empurrando a distância entre a carga e a espinha dorsal. "

O grupo descobriu que não apenas os polipeptídeos com longas cadeias laterais formam hélices, eles exibem estabilidade notável, mesmo quando comparados com hélices não carregadas. As hélices parecem imunes à temperatura, pH, e outros agentes desnaturantes que iriam desenrolar a maioria dos polipeptídeos.

Isso pode explicar por que os aminoácidos com grandes cadeias laterais hidrofóbicas não são encontrados na natureza. Tal imutabilidade impediria o enrolamento e desenrolamento dinâmico de estruturas de proteínas, que é essencial para muitos processos biológicos. Contudo, estabilidade rígida é uma característica desejável para os tipos de aplicações que o grupo de Cheng explora:nanoestruturas para entrega de drogas e genes, particularmente visando tumores cancerígenos e células-tronco.

"Queremos testar a correlação dos comprimentos das hélices e a circulação no corpo para ver qual é o impacto da forma e da carga e das cadeias laterais para folga no corpo, "Estudos recentes mostram que a relação de aspecto das nanoestruturas - estruturas esféricas versus tubos - tem um grande impacto na penetração dos tecidos tumorais e na meia-vida de circulação no corpo."

Cheng planeja criar uma biblioteca de polipeptídeos helicoidais curtos de vários comprimentos de backbone, comprimentos de cadeia lateral e tipos de carga. Ele espera simplificar ainda mais a química e tornar os materiais amplamente acessíveis. Seu laboratório já demonstrou que as estruturas helicoidais podem ser agentes eficazes de entrega de genes e transdução de membrana, e construir a biblioteca de moléculas helicoidais solúveis permitirá uma investigação mais aprofundada da adaptação de tais nanoestruturas para aplicações biomédicas específicas.