13 de 69 proteínas concebidas cortam alvos

Os investigadores conceberam de raiz moléculas proteicas capazes de cortar uma ligação escolhida na cadeia de outra proteína. Entre 69 candidatos purificados e testados em laboratório, 13 cortaram o alvo previsto (Nature). É assim que as células regulam a atividade de certas proteínas; uma ferramenta capaz de o fazer a pedido permitiria aos biólogos intervir nesse sistema, em vez de se limitarem a observá-lo.

Porque é tão difícil quebrar esta ligação

Uma proteína é uma cadeia de aminoácidos unidos por ligações peptídicas. Essas ligações são difíceis de quebrar espontaneamente: em água neutra, podem manter-se intactas durante séculos (Radzicka and Wolfenden).

Apesar disso, as células quebram-nas constantemente, recorrendo a enzimas chamadas proteases. Uma enzima é uma proteína que acelera uma reação química; as proteases são especializadas em cortar outras proteínas. O mecanismo depende do posicionamento: os grupos químicos reativos têm de ficar a uma distância e num ângulo precisos da ligação a cortar, e permanecer nessa posição tempo suficiente para a reação ocorrer. Um desvio de uma fração de nanómetro basta para a impedir.

Foi esse o desafio da equipa. Não inventou uma química nova: aproveitou a combinação reativa usada pelas proteases cisteínicas naturais — um aminoácido cisteína, que contém enxofre, ativado pela histidina vizinha — e tentou construir em torno dela uma proteína que mantivesse tudo na posição certa (Nature).

Conceber uma estrutura que mantenha a química no lugar

A equipa recorreu a ferramentas de inteligência artificial para conceber formas de proteínas, isto é, estruturas tridimensionais em que se dobra uma cadeia de aminoácidos. Depois, selecionou sequências com probabilidade de produzir essas formas e previu se cada uma se dobraria como pretendido (ProteinMPNN paper). Os programas reduziram um vasto leque de possibilidades a um conjunto que o laboratório podia produzir e testar. Foram os ensaios que determinaram quais funcionavam.

O resultado vai além de uma simples cópia porque as proteínas concebidas têm uma arquitetura pouco familiar, sem semelhança com a das proteases naturais (Nature). A química foi aproveitada; a estrutura que a sustenta é nova. A equipa confirmou-o ao cristalizar vários dos designs e determinar as suas estruturas atómicas, que corresponderam às previsões dos computadores.

Do tubo de ensaio à célula viva

Os ensaios laboratoriais mostraram que as proteínas concebidas cortavam os alvos. A equipa testou-as também em células de mamíferos: introduziu nelas as instruções genéticas da protease concebida e de uma proteína-alvo, e procurou sinais de corte (preprint).

Esse passo é relevante porque o tubo de ensaio é um ambiente favorável. Uma célula está cheia de moléculas que competem entre si, e uma proteína que não reconhece pode dobrar-se mal ou ser degradada. Uma enzima concebida que resiste a esse ambiente e continua a funcionar ultrapassou um obstáculo concreto.

Os 13 resultados em 69 devem ser interpretados com rigor. Não se tratava de 69 tentativas aleatórias: o software já tinha filtrado os candidatos, que foram depois purificados e testados (Nature). O número indica, portanto, com que frequência funciona um design cuidadosamente selecionado — a medida relevante para repetir o processo. Ainda assim, a maioria das tentativas falhou, e as proteínas concebidas são menos ativas do que as enzimas naturais cuja química reproduzem (Ars Technica). Os investigadores suspeitam que os grupos reativos ainda não estão posicionados com a precisão alcançada pelas enzimas naturais ao longo da evolução.

A utilidade potencial percebe-se: muitas doenças envolvem proteínas que exercem efeitos nocivos, e uma ferramenta capaz de cortar uma proteína escolhida poderia desligá-la (GeekWire). Os ensaios mostram que a química usada para cortar proteínas pode funcionar em estruturas concebidas de raiz. A aplicação médica continua por testar.