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As células de levedura são amplamente utilizadas para estudar os receptores acoplados à proteína G (GPCRs), um grande grupo de proteínas da superfície celular em humanos. No entanto, várias destas proteínas perdem a sua função quando introduzidas nas células de levedura. Para resolver este problema, investigadores do Japão desenvolveram uma estratégia inovadora para restaurar a função do GPCR em células de levedura, induzindo mutações aleatórias. Suas descobertas podem ajudar a compreender melhor os GPCRs e abrir caminho para avanços terapêuticos para muitas doenças.
Os receptores acoplados à proteína G (GPCRs) são o maior e mais diversificado grupo de proteínas da superfície celular em humanos. Esses receptores, que podem ser vistos como “diretores de tráfego”, transmitem sinais de fora para dentro das células e estão envolvidos em muitos processos fisiológicos. Dado o seu papel proeminente na comunicação celular, no crescimento celular, nas respostas imunológicas e na percepção sensorial, muitos medicamentos foram desenvolvidos para atingir os GPCRs, para o tratamento de condições como asma, alergias, depressão, hipertensão e doenças cardíacas. Na verdade, mais de 300 medicamentos relacionados com o GPCR estão atualmente em ensaios clínicos, 36% dos quais visam mais de 60 novos alvos do GPCR sem um medicamento já aprovado. Além disso, os medicamentos que têm como alvo os GPCRs representam até 27% da quota de mercado global de medicamentos terapêuticos, com vendas agregadas próximas de 890 mil milhões de dólares entre 2011 e 2015. Assim, qualquer técnica que possa acelerar a investigação sobre os GPCRs provavelmente desencadeará uma grande efeito cascata, levando, em última análise, tratamentos mais eficazes a milhões de pessoas.
Hoje, abordagens como microscopia crioeletrônica, optogenética, abordagens computacionais e inteligência artificial, biossensores e tecnologias sem rótulo, e tecnologias unicelulares estão sendo exploradas para a descoberta e desenvolvimento de medicamentos GPCR. Entre elas, a abordagem unicelular baseada em levedura é uma das plataformas mais úteis para estudar GPCRs. Além de sua ampla aplicação na fabricação de cerveja e pão, as espécies de levedura Saccharomyces cerevisiae tem uma longa história de uso como hospedeiro para pesquisar GPCRs derivados de humanos. Embora alguns GPCRs possam ser projetados para melhorar sua estabilidade e função para facilitar experimentos, a maioria dos GPCRs não funciona bem em células de levedura. Este problema de longa data retardou enormemente o progresso na nossa compreensão dos GPCRs e no desenvolvimento de novos medicamentos direcionados a eles.
Neste contexto, uma equipa de investigação da Universidade de Ciência de Tóquio (TUS), no Japão, apresentou recentemente uma estratégia inovadora para restaurar a actividade da histamina 3 humana GPCR de origem humana (H3R) em S. cerevisiae. Seu estudo, publicado no Volume 13 do Relatórios Científicos em 26 de setembro de 2023, foi liderado pelo Professor Associado Mitsunori Shiroishi e coautor da Sra. Ayami Watanabe e Sra.
“H3R é expresso principalmente no sistema nervoso. Está envolvido na função cognitiva e sua inibição está associada aos resultados terapêuticos de várias condições, como TDAH, esquizofrenia, doença de Alzheimer e narcolepsia”, explica o Dr. Shiroishi. Por meio de experimentos preliminares, a equipe mostrou que H3R torna-se não funcional quando expresso em levedura.
Para restaurar sua função, a equipe de pesquisa utilizou uma técnica chamada reação em cadeia da polimerase propensa a erros para introduzir mutações aleatórias no gene H.3Gene R. Depois de produzir uma biblioteca mutante aleatória de H3R, eles introduziram segmentos de DNA modificados em células de levedura e os cultivaram na presença de um H3Agonista R – um composto que se liga ao H3R e desencadeia uma resposta mensurável. Ao rastrear através de múltiplas culturas, os pesquisadores obtiveram quatro mutantes nos quais a atividade normal do H3R foi restaurado. Esses mutantes responderam exclusivamente a um tipo de cepa de levedura que abriga certas proteínas G-quimera. As mutações responsáveis pela atividade restaurada estavam localizadas próximas aos motivos da sequência de aminoácidos importantes para a ativação do GPCR.
Esta abordagem inovadora para estudar GPCRs pode ter implicações profundas, particularmente nas áreas da medicina e da biologia celular. “Nossa pesquisa poderá ajudar a elucidar a função dos GPCRs e pode até levar ao desenvolvimento de medicamentos com menos efeitos colaterais, bem como reforçar a descoberta de medicamentos para doenças para as quais atualmente não há tratamento.“, observa o Dr. Shiroishi. Existem muitas áreas terapêuticas onde medicamentos direcionados ao GPCR estão sendo ativamente desenvolvidos, incluindo distúrbios neurológicos como Alzheimer e esquizofrenia, doenças cardiovasculares como hipertensão e insuficiência cardíaca, vários tipos de câncer e distúrbios metabólicos.
Uma compreensão mais profunda das variações do GPCR e de como elas impactam os indivíduos de maneira diferente também poderia levar a novas abordagens à medicina personalizada. Adaptar os medicamentos direcionados ao GPCR à composição genética de um indivíduo e ao seu perfil de doença específico pode melhorar muito os resultados do tratamento. Além disso, os tratamentos GPCR genéricos que cheguem a um grande número de pessoas em todo o mundo também poderão tornar-se uma realidade, o que reduziria a carga sobre os sistemas de saúde.
Estamos certos de que as conclusões deste estudo abrirão caminho para um futuro mais saudável para todos.
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