.
Um em cada três medicamentos aprovados pela FDA tem como alvo uma única superfamília de receptores espalhados pelas superfícies das células humanas. De betabloqueadores a anti-histamínicos, esses medicamentos essenciais e salvadores de vidas acionam sinuosas vias bioquímicas, por meio desses receptores, para, em última análise, prevenir um ataque cardíaco ou interromper uma reação alérgica em seu curso.
Mas os cientistas descobriram que sua história é muito mais complicada do que se acreditava inicialmente — vários desses medicamentos estão, na verdade, mirando um complexo composto de um receptor e uma proteína associada. Agora, um novo estudo em Avanços da Ciência introduz uma nova abordagem para mapear as interações entre 215 desses receptores e as três proteínas com as quais eles formam complexos. As descobertas expandem dramaticamente a compreensão dessas interações e seu potencial terapêutico.
“No lado técnico, agora podemos estudar esses receptores em uma escala sem precedentes”, diz a primeira autora Ilana Kotliar, ex-aluna de pós-graduação no Laboratório de Biologia Química e Transdução de Sinais da Rockefeller, liderado por Thomas P. Sakmar. “E no lado biológico, agora sabemos que o fenômeno dessas interações proteína-receptor é muito mais disseminado do que se pensava originalmente, abrindo a porta para futuras investigações.”
Território desconhecido
Esta família de receptores é conhecida como GPCRs, ou receptores acoplados à proteína G. Suas proteínas acessórias são conhecidas como RAMPs, abreviação de proteínas modificadoras da atividade do receptor. RAMPs ajudam a transportar GPCRs para a superfície celular e podem alterar muito como esses receptores transmitem sinais, alterando o formato do receptor ou influenciando sua localização. Como GPCRs raramente existem no vácuo, identificar um GPCR sem levar em conta como RAMPs podem influenciá-lo é um pouco como saber o cardápio de um restaurante sem verificar seu horário, endereço ou opções de entrega.
“Você pode ter duas células no corpo nas quais o mesmo medicamento está mirando no mesmo receptor — mas o medicamento só funciona em uma célula”, diz Sakmar, o professor Richard M. e Isabel P. Furlaud. “A diferença é que uma das células tem um RAMP que traz seu GPCR para a superfície, onde o medicamento pode interagir com ele. É por isso que os RAMPs são tão importantes.”
Sabendo disso, Sakmar e colegas estavam determinados a desenvolver uma técnica que permitiria aos pesquisadores analisar o efeito de cada RAMP em cada GPCR. Um mapa tão abrangente de interações GPCR-RAMP turbinaria o desenvolvimento de medicamentos, com o benefício adicional de possivelmente explicar por que alguns medicamentos GPCR promissores misteriosamente não deram certo.
Eles esperavam que tal mapa também contribuísse para a biologia básica ao revelar com quais ligantes naturais vários GPCRs chamados “órfãos” interagem. “Ainda não sabemos o que ativa muitos GPCRs no corpo humano”, diz Kotliar. “As triagens podem ter perdido essas correspondências no passado porque não estavam procurando por um complexo GPCR-RAMP.”
Mas percorrer cada interação GPCR-RAMP foi uma tarefa assustadora. Com três RAMPs conhecidos e quase 800 GPCRs, pesquisar cada combinação possível era impraticável, se não impossível. Em 2017, Emily Lorenzen, então uma estudante de pós-graduação no laboratório de Sakmar, começou uma colaboração com cientistas do Laboratório Science for Life na Suécia e do Projeto Atlas de Proteína Humana da Suécia para criar um ensaio capaz de rastrear interações GPCR-RAMP.
Centenas de experimentos de uma só vez
A equipe começou acoplando anticorpos do Human Protein Atlas a esferas magnéticas, cada uma pré-colorida com um dos 500 corantes diferentes. Essas esferas foram então incubadas com uma mistura líquida de células projetadas expressando várias combinações de RAMPs e GPCRs. Essa configuração permitiu que os pesquisadores rastreassem simultaneamente centenas de potenciais interações GPCR-RAMP em um único experimento. Conforme cada esfera passava por um instrumento de detecção, a codificação por cores era usada para identificar quais GPCRs estavam ligados a quais RAMPs, permitindo o rastreamento de alto rendimento de 215 GPCRs e suas interações com os três RAMPs conhecidos.
“Muita dessa tecnologia já existia. Nossa contribuição foi uma tecnologia habilitadora construída sobre ela”, diz Sakmar. “Desenvolvemos uma técnica para testar centenas de complexos diferentes de uma vez, o que gera uma enorme quantidade de dados e responde a muitas perguntas simultaneamente.”
“A maioria das pessoas não pensa em termos multiplex. Mas foi isso que fizemos — 500 experimentos de uma vez.”
Embora esse trabalho seja o ápice de um esforço de equipe ao longo de um longo período de tempo, Kotliar fez esforços hercúleos para levá-lo até a linha de chegada, transportando amostras e reagentes escassos da Suécia e de volta em raras janelas de viagem durante a COVID.
Valeu a pena. Os resultados fornecem um punhado de recursos há muito aguardados para pesquisadores de GPCR e desenvolvedores de medicamentos: bibliotecas on-line disponíveis publicamente de anticorpos anti-GPCR, genes GPCR projetados e, claro, as interações mapeadas. “Agora você pode digitar seu receptor favorito, descobrir quais anticorpos se ligam a ele, se esses anticorpos estão disponíveis comercialmente e se esse receptor se liga a um RAMP”, diz Sakmar.
As descobertas aumentam o número de interações GPCR-RAMP identificadas experimentalmente em uma ordem de magnitude e estabelecem as bases para técnicas que podem ajudar a detectar combinações de GPCRs e identificar autoanticorpos prejudiciais. “Em última análise, é um projeto orientado para a tecnologia”, diz Sakmar. “É isso que nosso laboratório faz. Trabalhamos em tecnologias para avançar a descoberta de medicamentos.”
.
