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Uma equipe de cientistas liderada pela Universidade de Oxford alcançou um avanço significativo na detecção de modificações nas estruturas das proteínas. O método, publicado em Natureza Nanotecnologiaemprega tecnologia inovadora de nanoporos para identificar variações estruturais no nível de uma única molécula, mesmo nas profundezas de longas cadeias de proteínas.
As células humanas contêm aproximadamente 20.000 genes que codificam proteínas. No entanto, o número real de proteínas observadas nas células é muito maior, com mais de 1.000.000 de estruturas diferentes conhecidas. Essas variantes são geradas por meio de um processo conhecido como modificação pós-traducional (PTM), que ocorre após a transcrição de uma proteína do DNA. O PTM introduz mudanças estruturais, como a adição de grupos químicos ou cadeias de carboidratos aos aminoácidos individuais que compõem as proteínas. Isso resulta em centenas de variações possíveis para a mesma cadeia de proteína.
Essas variantes desempenham papéis fundamentais na biologia, permitindo a regulação precisa de processos biológicos complexos dentro de células individuais. Mapear essa variação revelaria uma riqueza de informações valiosas que poderiam revolucionar nossa compreensão das funções celulares. Mas, até o momento, a capacidade de produzir inventários abrangentes de proteínas continua sendo uma meta ilusória.
Para superar isso, uma equipe liderada por pesquisadores do Departamento de Química da Universidade de Oxford desenvolveu com sucesso um método para análise de proteínas baseado na tecnologia de sequenciamento de DNA/RNA de nanoporos. Nessa abordagem, um fluxo direcional de água captura e desdobra proteínas 3D em cadeias lineares que são alimentadas por poros minúsculos, largos o suficiente apenas para a passagem de uma única molécula de aminoácido. As variações estruturais são identificadas medindo as mudanças em uma corrente elétrica aplicada através do nanoporo. Diferentes moléculas causam diferentes interrupções na corrente, dando a elas uma assinatura única.
A equipe demonstrou com sucesso a eficácia do método na detecção de três modificações PTM diferentes (fosforilação, glutationilação e glicosilação) no nível de molécula única para cadeias de proteínas com mais de 1.200 resíduos de comprimento. Isso incluiu modificações profundas na sequência da proteína. É importante ressaltar que o método não requer o uso de marcadores, enzimas ou reagentes adicionais.
De acordo com a equipe de pesquisa, o novo método de caracterização de proteínas pode ser prontamente integrado aos dispositivos portáteis de sequenciamento de nanoporos existentes para permitir que os pesquisadores criem rapidamente inventários de proteínas de células e tecidos individuais. Isso pode facilitar o diagnóstico no local de atendimento, permitindo a detecção personalizada de variantes de proteínas específicas associadas a doenças, incluindo câncer e distúrbios neurodegenerativos.
A professora Yujia Qing (Departamento de Química da Universidade de Oxford), autora colaboradora do estudo, disse: ‘Este método simples, mas poderoso, abre inúmeras possibilidades. Inicialmente, permite o exame de proteínas individuais, como as envolvidas em doenças específicas. A longo prazo, o método tem o potencial de criar inventários estendidos de variantes de proteínas dentro das células, revelando percepções mais profundas sobre processos celulares e mecanismos de doenças.’
O professor Hagan Bayley (Departamento de Química, Universidade de Oxford), autor colaborador e co-fundador da Oxford Nanopore Technologies, acrescentou: “A capacidade de identificar e identificar modificações pós-traducionais e outras variações de proteínas no nível de uma única molécula é uma promessa imensa para avançar nossa compreensão das funções celulares e interações moleculares. Também pode abrir novos caminhos para medicina personalizada, diagnósticos e intervenções terapêuticas.’
A Oxford Nanopore Technologies, uma empresa lançada em 2005 com base na pesquisa do professor Bayley, estabeleceu-se como pioneira em tecnologias de sequenciamento de próxima geração. A tecnologia de nanoporos patenteada da Oxford Nanopore permite que os cientistas sequenciem ácidos nucleicos (DNA e RNA) rapidamente usando dispositivos portáteis e baratos – em contraste com o sequenciamento padrão, que normalmente requer laboratórios dedicados. Os dispositivos Oxford Nanopore revolucionaram a genômica fundamental e clínica e desempenharam um papel crítico durante a pandemia de COVID-19, ajudando a rastrear a disseminação de novas variantes de coronavírus.
Este trabalho foi realizado em colaboração com o grupo de pesquisa do mecanobiólogo Sergi Garcia-Maynes no King’s College London e no Francis Crick Institute.
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