As proteínas de membrana são essenciais para uma ampla gama de processos biológicos e representam uma parcela significativa dos alvos de medicamentos, tornando seu estudo extremamente importante. No entanto, analisar estas proteínas tem sido historicamente difícil. Pesquisadores dos Institutos de Ciências Físicas de Hefei, liderados por Wang Junfeng, publicaram um novo estudo em Química Analítica detalhando uma solução promissora que melhora significativamente a confiabilidade da análise de ressonância plasmônica de superfície (SPR) de proteínas de membrana.
Por que as proteínas da membrana são difíceis de estudar
Cerca de um terço de todas as proteínas humanas são proteínas de membrana e estão envolvidas em funções vitais como sinalização e transporte celular. Quase 60% das proteínas visadas pelos medicamentos são proteínas de membrana. Isto realça o seu papel fundamental na saúde e na doença e, portanto, sublinha a necessidade de um estudo preciso.
Compreender como estas proteínas interagem com outras moléculas – um processo chamado ligação – é crucial para o desenvolvimento de tratamentos eficazes. Uma técnica chamada ressonância plasmônica de superfície (SPR) fornece uma ferramenta valiosa para fazer isso.
SPR é considerado um “padrão ouro” na área porque permite que os cientistas monitorem essas interações em tempo real sem a necessidade de rotular quimicamente as proteínas. No entanto, um grande desafio tem sido encontrar maneiras confiáveis de imobilizar – ou anexar – proteínas de membrana ao chip sensor SPR, preservando sua estrutura e função naturais. Se a forma ou o comportamento da proteína mudar durante a fixação, os resultados da análise não serão confiáveis.
Uma nova abordagem: Nanodiscos e SpyTag-SpyCatcher
Para superar este desafio, a equipe de pesquisa desenvolveu um novo método de imobilização. Eles combinaram duas tecnologias estabelecidas – o sistema de conjugação covalente SpyCatcher-SpyTag e nanodiscos baseados em proteína de andaime de membrana (MSP) – para criar um processo simples, eficiente e estável.
Aqui está um detalhamento do processo:
- Criando Nanodiscos: A equipe desenvolveu uma proteína de fusão combinando MSP com a molécula SpyTag. Esta proteína projetada foi então usada para incorporar a proteína de membrana alvo em nanodiscos. Nanodiscos são pequenas estruturas lipídicas artificiais que imitam o ambiente onde as proteínas da membrana normalmente residem nas membranas celulares.
- Anexo Específico: Esses nanodiscos carregam o rótulo SpyTag. Os pesquisadores então pré-imobilizaram as proteínas SpyCatcher – que têm uma forte afinidade com o SpyTag – em um chip sensor CM5 padrão usando um processo de acoplamento químico convencional.
- Imobilização Estável: Este design permite que os nanodiscos, que transportam a proteína da membrana, sejam capturados de forma específica e eficiente pelas proteínas SpyCatcher. O resultado é uma imobilização robusta e estável da proteína da membrana dentro de um ambiente lipídico quase nativo – essencialmente, imitando o ambiente natural da proteína.
Demonstrando a eficácia do método
Para demonstrar as capacidades do método, a equipe de pesquisa realizou análises SPR de três tipos diferentes de interações proteicas de membrana:
- Interações proteína-lipídio
- Interações proteína-anticorpo transmembrana
- Interações transmembrana proteína-molécula pequena
Os resultados produziram consistentemente dados SPR de alta qualidade, permitindo a quantificação precisa da cinética de ligação – a rapidez com que as interações ocorrem – e das afinidades – a força com que as proteínas se ligam umas às outras.
Significância e potencial futuro
Esta abordagem inovadora aborda eficazmente as limitações de longa data da tecnologia SPR no estudo de proteínas de membrana. Ao fornecer um método confiável para imobilização, esta pesquisa possui um potencial significativo para acelerar a pesquisa de proteínas de membrana e os esforços de descoberta de medicamentos. Esta técnica deverá levar a uma maior compreensão do papel complexo das proteínas de membrana e ao desenvolvimento de terapias melhores e mais direcionadas.
