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Cientistas do St. Jude Children’s Research Hospital usaram microscopia crioeletrônica para gerar dez estruturas de URAT1, uma proteína ligada à gota. A gota é um tipo de artrite causada por níveis excessivos de urato, um subproduto do metabolismo da purina. URAT1 é um transportador que regula os níveis de urato, controlando sua reabsorção nos rins. Apesar de ser um alvo para medicamentos usados para tratar gota, pouco se sabia sobre como o URAT1 funciona ou como mutações ou medicamentos afetam sua atividade. As novas estruturas do URAT1, em combinação com substratos e inibidores, iluminam o mecanismo pelo qual o URAT1 transporta urato e oferecem insights para futuros esforços de descoberta de medicamentos. As descobertas foram publicadas hoje em Pesquisa Celular.
O equilíbrio da produção e remoção de metabólitos é um processo finamente regulado orquestrado principalmente pelos rins. Desequilibrar a balança para qualquer lado, em direção ao aumento ou diminuição da remoção de metabólitos, tem implicações que podem ser sentidas em todo o corpo. O urato (ácido úrico) é um subproduto do metabolismo das purinas, que produz compostos vitais para a síntese de DNA e RNA. Quando o urato se acumula, ele pode formar cristais que se acumulam nas articulações e causam gota. O URAT1 atua como um porteiro de uma boate movimentada, promovendo a reentrada do urato ao mover íons de cloreto para fora das células renais.
Uma visão mais holística sobre o transporte de urato
Apesar de sua ligação vital com doenças como gota e seu papel fundamental na homeostase metabólica, pouco se sabia sobre como o URAT1 funciona. Existem algumas terapias para gota, mas, da mesma forma, pouco se sabia sobre como elas funcionam. Chia-Hsueh Lee, PhD, Departamento de Biologia Estrutural, buscou preencher essa lacuna no conhecimento. “Estávamos interessados em ver se poderíamos estudar o mecanismo estrutural desse transportador, com o objetivo final de desenvolver melhores medicamentos para tratar gota”, disse Lee.
URAT1 é um membro da família de transportadores SLC22, e enquanto algumas estruturas estão disponíveis para outros membros da família, todas elas mostram a proteína aberta em direção ao interior da célula (estado voltado para dentro). “Se você quer saber o mecanismo de um transportador em particular, quanto mais conformações você tiver, melhor”, disse o primeiro autor Yaxin Dai, PhD, Departamento de Biologia Estrutural. “No nosso caso, capturamos três confirmações diferentes: voltado para dentro, voltado para fora e também uma terceira, conhecida como estado ocluído, o que significa que o acesso tanto para dentro quanto para fora da célula está bloqueado.”
Eles descobriram que o URAT1 funciona de forma bem diferente em comparação a outros membros da família SLC22. “A sequência de aminoácidos do URAT1 mostra que ele evoluiu para usar diferentes substratos, mas sem a estrutura, era difícil dizer quais aminoácidos são realmente importantes”, disse Lee. “Com essas estruturas, agora sabemos exatamente quais aminoácidos específicos interagem com o substrato, entre aqueles que diferem de outros transportadores SLC22.”
Estruturas racionalizam mecanismos de drogas e doenças
Os pesquisadores seguiram esse estudo mecanicista obtendo as estruturas do URAT1 na presença de três terapêuticos para gota: lesinurad, verinurad e dotinurad. “Podemos ver os inibidores muito claramente, e em todas as três estruturas, o URAT1 está no estado voltado para dentro. Essa clareza indica que os inibidores são muito eficazes em manter a proteína nessa conformação”, disse Dai. “A partir dessas observações, concluímos que os medicamentos funcionam bloqueando o URAT1 no estado voltado para dentro.”
Além de oferecer insights sobre o mecanismo de transporte da proteína e mostrar como os medicamentos para gota funcionam, as estruturas também permitiram que os pesquisadores começassem a explorar a lógica por trás das mutações URAT1 ligadas à hipouricemia e outras doenças renais. “Sem informações estruturais, é desafiador entender como mutações específicas afetam a função do transportador. Agora podemos mapear essas variações genéticas na estrutura e explicar seus efeitos”, disse Lee. “Este é um grande passo à frente para entender doenças ligadas ao URAT1.”
O estudo foi apoiado por doações dos Institutos Nacionais de Saúde (R01GM143282 e R01NS133147) e da ALSAC, a organização de arrecadação de fundos e conscientização do St. Jude.
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