Resolvendo um quebra-cabeça da doença de Parkinson através do design de proteínas

11-JUN-2020 - A dopamina é um neurotransmissor envolvido em tudo, desde funções cognitivas superiores a controle motor, motivação, excitação, reforço e gratificação sexual, os receptores em que atua são um alvo de longa data para o tratamento de distúrbios como a doença de Parkinson, causada pela degeneração da dopamina - Usando neurônios que controlam o movimento.

O problema é que, por pelo menos duas décadas, ninguém foi capaz de "ver" a aparência de um receptor de dopamina quando ativado pela dopamina - pelo menos não em alta resolução suficiente para oferecer caminhos para o design de drogas que possam atingir o alvo de receptores efetivamente.

Em um grande estudo colaborativo publicado na Nature, cientistas do laboratório de Patrick Barth na EPFL, com colegas da UTSW e da UCSD, agora elaboraram a estrutura de alta resolução de uma forma ativada de um receptor de dopamina em um ambiente de membrana lipídica nativa. "O receptor nativo é tão mal comportado e sua forma ativa é tão transitória que as tentativas de observar a estrutura do receptor 'em ação' falharam até agora", diz Barth.

A maneira como os cientistas resolveram o problema foi combinando as abordagens computacionais de design alostérico e de proteína de última geração desenvolvidas pelo grupo de Barth, permitindo aos pesquisadores projetar um receptor de dopamina altamente estável, porém ativado, cuja estrutura eles poderiam estudar e resolver.

A equipe da EPFL criou um receptor com componentes artificiais, como chaves de ativação e locais de ligação de novo, que substituíram regiões instáveis, estruturalmente desordenadas e inativadoras do receptor nativo.

"Essa abordagem híbrida funcional / de novo de design de proteínas computacionais é poderosa, pois nos permitiu criar um receptor com atividade e estabilidade consideravelmente aprimoradas enquanto recapitulava as principais funcionalidades nativas, como sinalização e ligação intracelular mediada por dopamina", diz Barth.

O sucesso também foi possível usando técnicas avançadas de reconstituição lipídica e microscopia crioeletrônica, superando obstáculos em estudos anteriores que tentaram determinar a estrutura do receptor usando cristalografia de raios-X e mantendo o receptor dentro de detergentes.

O problema é que os detergentes são imitadores muito pobres das membranas lipídicas da célula, onde receptores como o da dopamina estão naturalmente localizados. Além disso, os detergentes têm a reputação de distorcer e até inativar os receptores, o que não ajuda ao tentar ver como eles estão em ação. "Isso representa a primeira estrutura de receptor de membrana em nível atômico, determinada em uma bicamada lipídica nativa", diz Barth.

"O avanço permitirá melhores esforços de descoberta de medicamentos contra, por exemplo, a doença de Parkinson", acrescenta ele. "Mas também define o cenário para a aplicação ampla de abordagens funcionais e de novo design de proteínas para acelerar a determinação da estrutura de alvos desafiadores de proteínas e criar proteínas com novas funções para uma ampla gama de aplicações terapêuticas e biotecnológicas". Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: EurekAlert.