p Os pesquisadores da Harvard Medical School aprimoraram o projeto de minúsculos nanodiscos - modelos sintéticos de membranas celulares usados ​​para estudar proteínas que controlam o que entra e sai de uma célula. Os aprimoramentos fornecem uma visão sem precedentes de como os vírus infectam as células. p Os novos nanodiscos são mais estáveis ​​do que as versões anteriores e, pela primeira vez, pode ser feito em vários tamanhos e formas precisas.

p "Finalmente temos um ambiente definido onde podemos estudar como os vírus ou outras proteínas interagem com as proteínas da membrana e obter detalhes como nunca antes visto, "disse Gerhard Wagner, o Elkan Blout Professor de Química Biológica e Farmacologia Molecular no HMS e autor sênior do estudo.

p As melhorias no design significam que os cientistas agora podem observar sob um microscópio como os vírus - neste caso, poliovírus — acoplar com os nanodiscos, abra um poro e injete seu material genético.

p "Um dos principais objetivos da virologia é entender passo a passo como os vírus entram nas células e fazer um 'filme molecular, '"disse o primeiro autor Mahmoud Nasr, um pesquisador no laboratório Wagner. "A esperança é que esses nanodiscos nos ajudem a reunir mais detalhes sobre esse processo para que possamos projetar vacinas e drogas de pequenas moléculas para proibir a entrada do vírus."

p Além disso, incorporar diferentes proteínas nos nanodiscos e girá-las em espectrômetros de ressonância magnética nuclear (NMR) fornece imagens mais nítidas das estruturas e da dinâmica das proteínas do que era possível anteriormente. ajudando os pesquisadores a entender melhor as funções das proteínas no corpo.

p As descobertas foram relatadas em Métodos da Natureza em 21 de novembro.

p Afivando o cinto

p Os chamados nanodiscos de bicamada de fosfolipídios são basicamente feixes de gordura presos na cintura por um par de cintos de proteína. As gorduras, ou lipídios, formar uma camada dupla como a da membrana celular natural. Os cientistas podem então incorporar proteínas de membrana na bicamada.

p Os nanodiscos surgiram no início dos anos 2000 como uma alternativa a outros substitutos de membrana que são superdimensionados ou instáveis ​​ou que requerem detergentes, que interferem na dinâmica natural das proteínas. Mas os nanodiscs apresentavam seus próprios problemas. Por exemplo, os pesquisadores não conseguiam fazê-los em tamanhos consistentes, jogando fora os resultados do teste.

p A equipe de Wagner reconheceu que o problema provavelmente estava no fato de que os cinturões de proteína em torno dos nanodiscos estavam abertos, de modo que os discos incharam com quantidades irregulares de lipídios.

p Com certeza, quando os cientistas fizeram uma química sofisticada para afivelar os cintos, os nanodiscs saíram em uma faixa de tamanho muito menor. Os discos também se mantiveram juntos melhor com o tempo e nas altas temperaturas necessárias para experimentos de NMR.

p Os pesquisadores descobriram que podiam encurtar ou alongar as correias e ainda fechá-las, permitindo que os nanodiscos tenham um tamanho personalizado para se ajustarem a proteínas de membrana específicas. Até aqui, eles fizeram discos com diâmetros de 9, 11, 15 e 50 nanômetros.

p Ser capaz de controlar o tamanho dos nanodiscs expande a utilidade das ferramentas para uma variedade de proteínas e tecnologias. NMR requer pequenos discos e proteínas, por exemplo, enquanto a microscopia eletrônica geralmente precisa de grandes.

p "Você não pode usar pequenos nanodiscos para estudar enormes complexos de proteínas ou para observar vírus, que precisam de uma área de superfície mínima para formar um poro, "disse Nasr.

p A maioria dos nanodiscs são circulares, embora os cientistas também estejam trabalhando em uma série de formas poligonais, de triângulos a hexágonos.

p "Esperamos que, ao compactar com mais eficiência do que os nanodiscos circulares, os nanodiscos poligonais, especialmente se pudermos fazer pequenos, vai nos ajudar a crescer bons cristais, que fornece outra maneira de resolvermos as estruturas das proteínas de membrana que incorporamos nelas, "disse Nasr.

p Visor viral

p No final do corredor do laboratório de Wagner, James Hogle, o Professor Edward S. Harkness de Química Biológica e Farmacologia Molecular no HMS, e seu colega de pós-doutorado Mike Strauss estavam enfrentando obstáculos ao tentar aprender como vírus simples, como poliovírus, entrar nas células.

p "Algo tem que atravessar a membrana, "Disse Hogle. Havia algumas evidências de que os poliovírus abriam os poros na membrana e enviavam apenas seu material genético, mas os sistemas modelo que os pesquisadores estavam usando, chamados lipossomas, eram muito irregulares e instáveis ​​para mostrar o que estava acontecendo na membrana.

p "Não conseguíamos ver as partes em que estávamos interessados, "disse Hogle.

p Ansioso para descobrir se os nanodiscos modificados forneceram uma visão melhor, Hogle e Strauss se juntaram a Wagner e Nasr.

p Primeiro, Nasr construiu discos de 50 nanômetros que eram grandes o suficiente para conter todas as peças do quebra-cabeça. Em seguida, a equipe incorporou proteínas nos nanodiscos que se ligam aos poliovírus, adicionaram partículas de poliovírus à mistura, congelou as amostras e tirou fotos através de um microscópio crioeletrônico.

p "Perguntamos ao vírus, 'Venha anexar ao nanodisco, entre na célula e nos mostre o que você faz, '"Nasr explicou.

p As imagens mostraram algumas partículas de vírus mordendo a isca - ligando-se às proteínas receptoras, abrindo o que parecia ser poros através da bicamada lipídica e liberando seu RNA como se tentasse infectar uma célula real.

p "Ninguém tinha visto tal poro antes, "disse Nasr.

p Os pesquisadores ainda não confirmaram se os objetos que estão vendo são realmente poros, mas, Hogle disse, "Sabemos que eles estão lá porque o RNA está passando."

p "Eles com certeza se parecem com poros, "acrescentou." Como se costuma dizer, 'Se ele anda como um pato, e grasna como um pato ... '"

p Nasr agora está tentando fazer discos de 30 nanômetros ainda mais adaptados para ajudar a equipe de Hogle a determinar a estrutura do complexo poliovírus / proteína receptora e aprofundar o que está acontecendo na membrana.

p "Os nanodiscs são uma técnica empolgante, "disse Hogle." Não consigo imaginar outra maneira de ver como é o poro. Mahmoud foi muito inteligente para fazê-los funcionar e criar um sistema que abre as portas para uma ampla variedade de estudos. "

p Os pesquisadores esperam que seus resultados iniciais encorajem outros a usar os nanodiscos para examinar muitas interações vírus / receptor. Já inundado com pedidos de colaboração, O grupo de Wagner disponibilizou uma coleção de cintos de proteínas e está publicando um protocolo detalhado para que outros laboratórios possam construir os nanodiscos por conta própria.

p Detalhe da estrutura

p Além de estudar a entrada viral, A equipe de Wagner demonstrou que os nanodiscos podem melhorar os resultados de NMR e permitir que mais proteínas de membrana sejam estudadas usando NMR. Esses incluem receptores acoplados à proteína G, que cerca de 40 por cento dos medicamentos atuais são projetados para atingir.

p "Com esta técnica, podemos obter espectros fantásticos, "disse Wagner.

p Como os nanodiscos não quebram em altas temperaturas, "podemos fazer experimentos de NMR por semanas, e os GPCRs não degradam, "disse Nasr.

p Os nanodiscos também parecem estabilizar as proteínas embutidas neles.

p "Eles são altamente resistentes a enzimas de corte de proteínas que entram e os atacam, "Wagner disse.