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Qualquer pessoa que já tentou juntar um lençol com elástico pode lhe dizer: dobrar é difícil. Se você errar na sua roupa, o resultado pode ser uma bagunça de tecido amassado e enrugado, mas quando a dobra falha entre as aproximadamente 7.000 proteínas com uma complexidade semelhante a origami que regulam funções celulares essenciais, o resultado pode levar a uma de uma infinidade de doenças sérias que vão do enfisema e fibrose cística à doença de Alzheimer. Felizmente, nossos corpos têm um sistema de controle de qualidade que identifica proteínas mal dobradas e as marca para trabalho de dobra adicional ou destruição, mas como, exatamente, esse processo de controle de qualidade funciona não é totalmente conhecido. Pesquisadores da Universidade de Massachusetts Amherst agora deram um grande salto em nossa compreensão de como esse sistema de controle de qualidade funciona ao descobrir o “ponto quente” onde toda a ação acontece. A pesquisa foi publicada recentemente no Anais da Academia Nacional de Ciências.
O DNA pode ser o projeto mestre para a vida, mas é de proteínas que somos feitos. Embora muitas delas sejam estruturalmente simples, há aproximadamente 7.000 proteínas que devem ser feitas na via secretora de uma célula e serão dispersas por toda a célula ou secretadas para o espaço extracelular para desempenhar suas funções essenciais.
A história começa no retículo endoplasmático — as fábricas de proteínas celulares responsáveis por construir corretamente milhares de proteínas diferentes — e envolve dois participantes principais: uma enzima conhecida como UGGT e a proteína parceira Sep15. Os autores seniores Daniel Hebert, professor de bioquímica e biologia molecular na UMass Amherst, e Lila Gierasch, professora renomada de bioquímica e biologia molecular e química na UMass Amherst, juntamente com o coautor Kevin Guay, um aluno de pós-graduação no programa de biologia celular molecular na UMass Amherst, mostraram em pesquisas anteriores que a UGGT atua como um “porteiro” ao ler marcadores de carboidratos, chamados N-glicanos, incorporados à proteína para determinar se a proteína está ou não corretamente dobrada.
“Mas há algo mais em ação”, diz o autor principal Rob Williams, um bolsista de pós-doutorado com uma nomeação conjunta nos laboratórios de Hebert e Gierasch. “Há um clube exclusivo de proteínas chamado ‘selenoproteínas’, que contém o raro elemento selênio. De aproximadamente 20.000 proteínas diferentes em nossos corpos, apenas 25 delas são selenoproteínas. O parceiro UGGT Sep15 é uma selenoproteína. Sep15 é sempre associado ao UGGT. Mas até agora, ninguém sabia o que ele estava fazendo lá.”
Usando um modelo de IA chamado AlphaFold2, Williams e seus coautores previram que a proteína Sep15 forma uma forma helicoidal complexa que se parece com uma luva de apanhador, e que essa luva combina perfeitamente com um sítio complementar na enzima UGGT. O sítio específico onde SEP15 e UGGT se ligam é também onde UGGT lê o código N-glicano que informa se uma proteína está ou não corretamente dobrada.
“Basicamente”, diz Hebert, “encontramos o ponto crítico onde toda a ação está acontecendo — e Set15 é a chave”.
Para testar sua previsão gerada pelo AlphaFold2, a equipe de pesquisa projetou um experimento usando a reengenharia de DNA recombinante do UGGT para interromper sua ligação ao Sep15 — e, de fato, o UGGT modificado não conseguiu formar um complexo com o Sep15.
Então, o que exatamente o Sep15 está fazendo? “Há duas possibilidades, ambas as quais estamos acompanhando”, diz Hebert. “Ou o Sep15 está dando à proteína mal dobrada uma chance de corrigir seu formato, ou está marcando essa proteína para destruição.”
“A complexidade das proteínas que estamos estudando permite que formas superiores de vida funcionem”, diz Gierasch, “mas a complexidade dessas proteínas também significa que elas são mais propensas a erros de dobramento incorreto, e erros de dobramento incorreto podem ter consequências catastróficas se o processo de controle de qualidade falhar”.
Embora ainda haja muita pesquisa básica a ser feita, a pesquisa da equipe prepara o cenário para novas terapias medicamentosas que têm como alvo a interface Sep15/UGGT. “Esta é uma área farmacêutica inexplorada”, diz Hebert, “e a pesquisa de Williams nos moveu na direção certa para um tratamento eventual.”
Esta pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Ciências Médicas Gerais e facilitada pela disponibilidade de instrumentação no Instituto de Ciências Aplicadas da Vida da UMass Amherst.
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