Imagens tridimensionais impulsionam estudo das proteínas

Mario Nicoll

O estudo das proteínas ganhou um novo e importante aliado tecnológico. A ressonância magnética nuclear, hoje, possibilita que se conheça a estrutura tridimensional das proteínas, o que facilita o entendimento de sua função e de suas implicações no mecanismo de doenças. A técnica também propicia o design de substâncias capazes de se ligar à proteína (ligantes) e alterar sua atividade.

Um dos primeiros resultados dessa técnica foi obtido no Brasil recentemente por pesquisa apoiada pelo Programa Primeiros Projetos da FAPERJ: equipe coordenada pelo cientista José Ricardo Pires, do Centro Nacional de Ressonância Magnética Nuclear (CNRMN), do Instituto de Bioquímica Médica da UFRJ, determinou a estrutura tridimensional da proteína Chagasina, uma proteína do parasita Trypanosoma cruzi, causador da doença de chagas. Com os resultados do estudo, poderá se iniciar a pesquisa por medicamentos que apresentem menos efeitos colaterais em pacientes com doença de chagas.

A Chagasina funciona como inibidora de cisteína-proteases, uma classe de enzimas proteolíticas. “A estrutura tridimensional da Chagasina difere significativamente das cistatinas, proteínas de mesma função presente em mamíferos. Assim, ela representa um interessante alvo para o desenvolvimento de substâncias capazes de interferir seletivamente no metabolismo do Trypanosoma cruzi, sem efeitos colaterais importantes”, explicou Pires.

O artigo científico relativo à estrutura da Chagasina foi aceito para publicação no Journal of  Molecular Biology. Um desafio para o grupo agora é a triagem de pequenas moléculas orgânicas que interajam com a Chagasina com alta afinidade. A técnica de espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) para a determinação da estrutura tridimensional de proteínas e para o estudo de interações entre elas e com ligantes só é utilizada em dois centros no Brasil. Por conta dos alto custos dos espectrômetros de RMN de alta-resolução, além do CNRMN apenas o Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) em Campinas (SP) disponibiliza a técnica.

A importância da estrutura tridimensional

Proteínas são importantes moléculas que funcionam como ferramentas em inúmeras funções biológicas: podem atuar como catalisadores de reações bioquímicas, possuem função estrutural, regulatória, de mediação de interações intra e inter-celulares, dentre muitas outras. Apesar dos diversos papéis desempenhados por esta classe de moléculas, os organismos vivos constroem as proteínas a partir de uma combinação de apenas 20 tipos de aminoácidos encontrados na natureza.

A seqüência em que estes aminoácidos são ligados uns aos outros é chamada estrutura primária e um quase infinito número de combinações é possível, justificando a variedade de funções que diferentes proteínas apresentam. Na sua forma funcional, a cadeia de aminoácidos que compõe uma proteína está enovelada em uma estrutura tridimensional. Essa estrutura determina a função da proteína, organizando em uma região do espaço, chamada de sítio ativo da proteína, aminoácidos-chave com orientação espacial definida para a execução da função.

Proteínas também são moléculas centrais no mecanismo do desenvolvimento de diversas enfermidades, como doenças hereditárias em que mutações de apenas um ou alguns aminoácidos podem alterar a estrutura tridimensional ou comprometer a estrutura ou composição do sítio ativo, alterando a capacidade da uma proteína exercer sua função, ou ainda no caso de doenças infecciosas em que interações entre proteínas localizadas em células do hospedeiro e células do microorganismo parasita mediam a adesão e invasão celular.

Não surpreendentemente, a maioria dos medicamentos atua em proteínas, reconhecendo e se ligando a uma proteína específica, alterando sua atividade, enquanto deixa as demais proteínas idealmente com suas funções inalteradas. Como exemplo a droga Trimethoprim, utilizada no tratamento de infecções bacterianas, inativa seletivamente a enzima dihidrofolato redutase de bactérias e permanece inerte a dihidrofolato redutase humana.

O tipo de espectroscopia utilizado pelo professor Pires envolve a excitação de spins nucleares da amostra de proteína, através de radiação eletromagnética na freqüência de ondas de rádio, em campo magnético extremamente alto, gerado por material supercondutor. Através do fenômeno de relaxação cruzada que ocorre entre os núcleos de hidrogênio após a irradiação pode-se medir a distância entre cada um dos átomos de hidrogênio na proteína. Estas distâncias são utilizadas para a construção, através de ferramentas matemáticas, da estrutura tridimensional da proteína com resolução a nível atômico.