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Os cientistas desvendaram o processo de ativação passo a passo de uma proteína com uma história evolutiva profunda em todos os domínios da vida, abrindo a porta para aproveitar suas funções para uso como uma ferramenta de biotecnologia.
A proteína pertence à “superfamília” das proteínas Argonaute, que pesquisas anteriores sugeriram estar envolvidas no silenciamento de genes, um processo fundamental conhecido como interferência de RNA.
Essas proteínas são bem caracterizadas em eucariotos – as plantas, fungos, animais, humanos e outras formas de vida com células que possuem um núcleo definido. Em procariotos que não possuem núcleo, existem dois tipos de proteínas Argonautas, Argonautas longos e Argonautas curtos. Os longos Argonautas se assemelham a seus parentes em eucariotos, tanto estrutural quanto funcionalmente. Em contraste, os Argonautas baixos adotam estruturas diferentes e desempenham funções diferentes de outros Argonautas bem estudados.
Este é o primeiro estudo a detalhar estruturas e mecanismos de um Argonauta curto, potencialmente esboçando o início de um projeto para aplicação em futuros propósitos terapêuticos.
“A versão curta dessas proteínas procarióticas constitui 58% de todos os argonautas e agora está emergindo como um ponto quente no campo”, disse o autor sênior Tianmin Fu, professor assistente de química biológica e farmacologia na Faculdade de Medicina da Universidade Estadual de Ohio. “Entre as capacidades que identificamos está o papel preciso dessa proteína na maneira como as bactérias desencadeiam sua própria morte para evitar a perda de poder sobre seu ciclo de vida por meio da invasão de plasmídeos. Compreender esses tipos de mecanismos é o primeiro passo em direção aos esforços para adaptar funções naturais altamente eficazes para diagnósticos e terapias”.
O estudo foi publicado hoje (26 de julho de 2023) na Natureza.
Neste trabalho, a equipe de pesquisa se concentrou em uma proteína chamada SPARTA, um Argonauta procariótico curto (também conhecido como Ago), especificamente com base em outros estudos que mostraram que essa proteína permite Maribacter polysiphoniae bactérias para programar sua morte quando detectam uma invasão de plasmídeo – quando segmentos externos de DNA estão tentando se inserir para alterar as propriedades bacterianas.
Sabe-se que as proteínas Ago em eucariotos permanecem como moléculas simples durante a ativação, com a capacidade de se ligar apenas a outras moléculas simples. Eles também se estabelecem como participantes da interferência do RNA, uma estratégia evolutiva para inibir a expressão de genes específicos que podem representar uma ameaça à sobrevivência celular.
O SPARTA, por outro lado, carece de certas estruturas necessárias para facilitar a interferência do RNA. E embora comece como uma molécula simples como Agos procariótico e eucariótico longo, as semelhanças de ativação terminam aí.
Usando microscopia eletrônica criogênica, os pesquisadores identificaram os próximos passos do SPARTA: depois de se ligar ao RNA ou DNA, ele passa por inúmeras mudanças, eventualmente se reunindo em um complexo molecular multi-unidade maior.
A análise funcional do complexo revelou que as mudanças estruturais da proteína tiveram que atingir esse ponto antes que ela pudesse produzir a reação química que permite que as bactérias ameaçadas programem sua própria morte celular – uma função atraente que os cientistas gostariam de manipular para proteger a saúde humana.
Os pesquisadores também introduziram mutações para confirmar que cada etapa do processo era essencial para manter a funcionalidade do SPARTA.
Tudo isso aponta para o fato de que a oligomerização – a conversão metódica de moléculas simples em complexos moleculares – é uma parte essencial da ativação de proteínas Argonaute procarióticas curtas. Embora a oligomerização de proteínas não seja rara, entender seu papel na ativação de uma proteína é fundamental para entender como uma proteína interage com outras proteínas e determinar sua finalidade funcional.
“Quando falamos de uma proteína que é expressa em todos os lugares, em todos os organismos, sabemos que essa proteína é inerentemente importante, mesmo que ainda não conheçamos todas as suas funções específicas”, disse o primeiro autor Zhangfei Shen, pós-doutorando no Fu’s laboratório. “Agora que sabemos não apenas que é oligomerizado, mas como é oligomerizado e capturamos os estados intermediários em que se encontra durante a oligomerização, fizemos um bom progresso no desenvolvimento dessa proteína como uma ferramenta”.
As possibilidades previstas pelo laboratório de Fu incluem a engenharia de Agos procarióticos curtos que podem ajudar as células a detectar ameaças, ou que podem desencadear moléculas que ameaçam células saudáveis para causar sua própria morte.
Este trabalho foi financiado pelo Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais.
Outros co-autores incluem Xiao-Yuan Yang e Kotaro Nakanishi, do estado de Ohio, Shiyu Xia, do California Institute of Technology, e Wei Huang e Derek Taylor, da Case Western Reserve University.
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