Notícia com publicação científica
Ferramenta inovadora pode detectar problemas durante a síntese de proteínas
Pesquisadores desenvolveram sistema de proteínas repórteres baseadas na luciferase do vaga-lume

Tero Keski-Valkama via Wikimedia Commons

Vaga-lume Lampyris Noctiluca

11 de dezembro de 2024, 11:53

Fonte

Instituto de Ciência de Tóquio

Publicação Original

Instituto de Ciência de Tóquio

Áreas

Bioinformática, Biologia, Biotecnologia, Engenharia Biológica, Genética, Genômica, Proteômica

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Resumo

Proteínas repórteres baseadas na luciferase foram recentemente desenvolvidas para detectar problemas na síntese de proteínas, incluindo a translocação de proteínas e formação de ligações dissulfeto no retículo endoplasmático.

Inspirados por mecanismos naturais encontrados em bactérias, os pesquisadores desenvolveram uma ferramenta simples e robusta para estudar processos de síntese de proteínas relacionados ao retículo endoplasmático, com potenciais aplicações na compreensão de doenças e no desenvolvimento de novos tratamentos.

Foco do Estudo

Desenvolver uma ferramenta alternativa para o estudo e identificação de problemas na síntese de proteínas

Por que é importante?

Em células eucarióticas – encontradas em animais, plantas e fungos – a síntese de proteínas envolve mais do que a simples montagem de aminoácidos em ribossomos.

Quase um terço de todas as proteínas humanas deve ser transportado para o retículo endoplasmático (RE) durante ou logo após sua síntese. No RE, essas proteínas passam por dobramentos e modificações cruciais, incluindo a formação de ligações dissulfeto (S–S), que são vitais para sua estrutura e função.

Interrupções na translocação de proteínas para o RE ou na formação de ligações dissulfeto são a base de várias doenças, e entender os mecanismos responsáveis por esses processos é essencial nas ciências da vida.

Infelizmente, as ferramentas disponíveis para estudar esses mecanismos são limitadas em termos de escopo ou exigem equipamentos muito caros e medições complexas.

Estudo

Recentemente, pesquisadores desenvolveram moléculas ‘repórteres’ inovadoras que pode detectar problemas relacionados ao retículo endoplasmático (RE) durante a síntese de proteínas.

A descoberta foi possível através de uma colaboração de pesquisa entre cientistas do Instituto de Ciência de Tóquio, da Universidade Tohoku, do Instituto de Ciência e Tecnologia Nara, da Universidade de Osaka, da Universidade de Hyogo e da Universidade Kyushu, no Japão, e os resultados foram publicados na revista científica iScience.

Ao projetar as proteínas repórteres, os pesquisadores se basearam em uma proteína de fusão chamada MalF-LacZ, derivada da bactéria Escherichia coli. Nesses microrganismos, a parte MalF da proteína ajuda a translocar a enzima LacZ do citoplasma para o envelope celular. Uma vez transportada para lá, a enzima LacZ sofre oxidação por meio da formação de ligação dissulfeto, ficando desativada. Portanto, problemas no transporte ou na formação de ligação dissulfeto resultariam em uma enzima LacZ anormalmente ativada.

Inspirada nesses mecanismos naturais, a equipe de pesquisa desenvolveu proteínas repórteres baseadas na luciferase do vaga-lume (FLuc), que opera de maneira semelhante.

A luciferase é uma enzima produtora de bioluminescência do vaga-lume que produz luz quando catalisa a oxidação da D-luciferina na presença de oxigênio, trifosfato de adenosina (ATP) e íons de magnésio (Mg2+).

Mais especificamente, os pesquisadores projetaram uma variante da proteína FLuc que é tornada inativa pela formação de ligações dissulfeto no RE, mas permanece ativa no citosol ou se ligações dissulfeto não se formarem.

Então, eles ‘direcionaram’ esse composto para o RE introduzindo modificações específicas e o tornaram mais propenso ao dobramento incorreto (e à desativação) dentro do RE, substituindo estrategicamente aminoácidos na sequência FLuc por cisteína.

Usando este conceito, os pesquisadores construíram vários repórteres, que puderam detectar facilmente problemas na translocação de proteínas para o RE, bem como problemas na formação de ligações dissulfeto.

Para demonstrar o poder do método, a equipe realizou experimentos em células onde o ambiente redox do RE foi quimicamente alterado, interrompendo a formação da ligação dissulfeto.

Dado que os ensaios baseados em luciferase são adequados para plataformas de alto rendimento, sugerimos que essa abordagem facilitará a triagem em larga escala de pequenas moléculas que bloqueiam especificamente a biossíntese de proteínas prejudiciais da via secretora

Dr. Hiroshi Kadokura, professor do Instituto de Ciência de Tóquio e primeiro autor da publicação

Resultados

Os resultados da pesquisa mostraram que o sistema de repórteres proposto pode detectar defeitos na translocação de proteínas induzida por um potencial medicamento anti-HIV, sinalizando a inibição bem-sucedida do vírus.

O novo sistema tem várias vantagens sobre outros métodos disponíveis, incluindo sua simplicidade, robustez contra flutuações ambientais e alta reprodutibilidade.

Os pesquisadores esperam que esses esforços poderão levar a uma melhor compreensão dos processos vitais e das doenças, abrindo caminho para novos avanços e tratamentos médicos.

Nosso sistema de repórteres servirá como uma ferramenta valiosa em vários campos relacionados às proteínas da via secretora, estendendo-se além dos estudos fundamentais

Dr. Hideki Taguchi, professor do Instituto de Ciência de Tóquio e coautor da pesquisa

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Autores/Pesquisadores Citados

Dr. Hiroshi Kadokura

Professor do Instituto de Ciência de Tóquio

Dr. Hideki Taguchi

Professor do Instituto de Ciência de Tóquio

Instituições Citadas

Publicação

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a revista científica iScience (em inglês).

Mais Informações

Acesse a notícia original completa na página do Instituto de Ciência de Tóquio (em inglês).

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