Uma equipe de cientistas liderada pela Universidade de Oxford conseguiu um avanço significativo na detecção de modificações nas estruturas das proteínas. O método, publicado na Nature Nanotechnology , emprega tecnologia inovadora de nanoporos para identificar variações estruturais no nível de molécula única, mesmo profundamente em longas cadeias de proteínas.



As células humanas contêm aproximadamente 20.000 genes que codificam proteínas. No entanto, o número real de proteínas observadas nas células é muito maior, com mais de 1.000.000 de estruturas diferentes conhecidas. Essas variantes são geradas por meio de um processo conhecido como modificação pós-tradução (PTM), que ocorre após uma proteína ter sido transcrita do DNA.

O PTM introduz mudanças estruturais, como a adição de grupos químicos ou cadeias de carboidratos aos aminoácidos individuais que constituem as proteínas. Isto resulta em centenas de variações possíveis para a mesma cadeia proteica.

Estas variantes desempenham papéis fundamentais na biologia, permitindo a regulação precisa de processos biológicos complexos dentro de células individuais. Mapear esta variação revelaria uma riqueza de informações valiosas que poderiam revolucionar a nossa compreensão das funções celulares. Mas até à data, a capacidade de produzir inventários abrangentes de proteínas tem permanecido um objectivo ilusório.

Para superar isso, uma equipe liderada por pesquisadores do Departamento de Química da Universidade de Oxford desenvolveu com sucesso um método para análise de proteínas baseado na tecnologia de sequenciamento de DNA/RNA nanopore. Nesta abordagem, um fluxo direcional de água captura e desdobra proteínas 3D em cadeias lineares que são alimentadas através de poros minúsculos, largos o suficiente para a passagem de uma única molécula de aminoácido.

Variações estruturais são identificadas medindo mudanças em uma corrente elétrica aplicada através do nanoporo. Moléculas diferentes causam diferentes perturbações na corrente, dando-lhes uma assinatura única.

A equipe demonstrou com sucesso a eficácia do método na detecção de três modificações diferentes do PTM (fosforilação, glutationilação e glicosilação) no nível de molécula única para cadeias de proteínas com mais de 1.200 resíduos. Estas incluíram modificações profundas na sequência da proteína. É importante ressaltar que o método não requer o uso de rótulos, enzimas ou reagentes adicionais.

De acordo com a equipe de pesquisa, o novo método de caracterização de proteínas poderia ser facilmente integrado aos dispositivos portáteis de sequenciamento de nanoporos existentes para permitir que os pesquisadores construíssem rapidamente inventários de proteínas de células e tecidos individuais. Isto poderia facilitar o diagnóstico no local de atendimento, permitindo a detecção personalizada de variantes específicas de proteínas associadas a doenças, incluindo câncer e doenças neurodegenerativas.

O professor Yujia Qing (Departamento de Química da Universidade de Oxford), autor colaborador do estudo, disse:"Este método simples, mas poderoso, abre inúmeras possibilidades. Inicialmente, permite o exame de proteínas individuais, como aquelas envolvidas em doenças específicas A longo prazo, o método tem o potencial de criar inventários alargados de variantes de proteínas dentro das células, revelando conhecimentos mais profundos sobre processos celulares e mecanismos de doenças”.

O professor Hagan Bayley (Departamento de Química da Universidade de Oxford), autor colaborador e cofundador da Oxford Nanopore Technologies, acrescentou:"A capacidade de identificar e identificar modificações pós-traducionais e outras variações de proteínas no nível de molécula única é imensamente promissora. para avançar nossa compreensão das funções celulares e interações moleculares. Também pode abrir novos caminhos para medicina personalizada, diagnósticos e intervenções terapêuticas."

Este trabalho foi realizado em colaboração com o grupo de pesquisa do mecanobiólogo Sergi Garcia-Maynes do King's College London e do Francis Crick Institute.

Mais informações: Pablo Martin-Baniandres et al, Detecção de nanoporos sem enzima de modificações pós-tradução em polipeptídeos longos, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01462-8
Informações do diário: Nanotecnologia da Natureza

Fornecido pela Universidade de Oxford