Um canivete suíço para a cela
Os investigadores combinam a química e a biologia celular para criar uma nova ferramenta para a investigação biomédica
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Uma chave que só encaixa na fechadura com a luz – e que, além disso, traz consigo outras ferramentas: investigadores da Universidade Friedrich-Alexander de Erlangen-Nuremberga (FAU) desenvolveram um inibidor versátil no âmbito de um trabalho interdisciplinar de química e biologia. Este «canivete suíço» molecular pode ser ativado de forma seletiva com luz, rastreado em células vivas e ampliado com funções adicionais. Desta forma, abre novas possibilidades para a investigação biomédica – e, a longo prazo, também para medicamentos mais precisos. O estudo «A Multifunctional and Secure Photoresponsive Proteasome Inhibitor to Control Cell Fate» foi publicado no Journal of the American Chemical Society.
Como é que se pode controlar um princípio ativo a partir do exterior?
Um medicamento deve, na medida do possível, atuar apenas onde é necessário. Na realidade, isso é difícil. Os princípios ativos distribuem-se pelo corpo e, além do seu alvo real, podem afetar tecido saudável e causar efeitos secundários indesejáveis. O Prof. Dr. Henry Dube e a Prof.ª Dr.ª Esther Zanin, da FAU, seguem, por isso, uma abordagem diferente: pretendem controlar o efeito de uma substância a partir do exterior – com luz.
O que acontece quando a «máquina de reciclagem» da célula pára?
Dube é químico e desenvolve moléculas cujo comportamento pode ser controlado pela luz. Zanin é bióloga celular e investiga como as células se dividem e quais os processos moleculares subjacentes a esse fenómeno. Para o seu trabalho atual, ambos uniram as suas competências — em conjunto com Manuel Valentin (doutorando no grupo de Dube) e David Féval (estudante de mestrado no grupo de Zanin). O resultado é uma espécie de canivete suíço em formato molecular.
O ponto de partida é um inibidor chamado MG132. O seu alvo é o proteassoma, uma espécie de máquina de reciclagem de cada célula. Este descompõe as proteínas que já não são necessárias nos seus constituintes, que podem depois ser reutilizados. Esta reciclagem é vital e desempenha também um papel decisivo na divisão celular. Se o proteassoma for bloqueado, os processos centrais ficam desregulados – o que, em última análise, leva à morte da célula.
Como é que uma molécula ganha um «interruptor»?
O MG132 funciona como uma chave que se encaixa numa fechadura específica. Foi precisamente essa chave que os investigadores alteraram. «De certa forma, colocámos-lhe uma tampa», explica o Prof. Dr. Henry Dube, titular da Cátedra de Química Orgânica I no Departamento de Química da FAU. «Com esta tampa, a chave já não encaixa na fechadura e o inibidor permanece inativo. Só quando o irradiamos com luz é que a tampa se solta. A chave volta a encaixar e pode bloquear o proteassoma.»
Este princípio faz parte de uma área de investigação recente, a fotofarmacologia. A ideia: os princípios ativos não devem estar constantemente ativos em todo o lado, mas sim ser ativados com a maior precisão possível no local e no momento em que o seu efeito é necessário. A longo prazo, isto poderia, por exemplo, ajudar nas terapias oncológicas a preservar o tecido saudável. Por enquanto, isto ainda é música do futuro: os investigadores de Erlangen não desenvolveram nenhum medicamento, mas sim estudaram o princípio subjacente em células.
Quão fiável é a «capa» molecular?
Conseguiram demonstrar que a sua «capa» se mantém fixa com uma fiabilidade invulgar. Sem luz, o inibidor permanece inativo mesmo durante longos períodos. Após a irradiação com luz, pelo contrário, é libertado, bloqueia o proteassoma e impede a degradação de determinadas proteínas. Por fim, as células tratadas morrem.
No entanto, o «interruptor» de luz é apenas uma das ferramentas deste «canivete suíço» molecular. Dube e Zanin incorporaram ainda um sítio de ligação. Aí, é possível fixar outros componentes moleculares. No estudo, utilizaram um corante fluorescente. Assim, ao microscópio, conseguiram acompanhar a localização do seu inibidor na célula viva.
A luz como comando à distância para um processo celular
Para a Prof.ª Dra. Esther Zanin, titular da Cátedra de Dinâmica Celular Molecular Experimental no Departamento de Biologia da FAU, é precisamente isso que é decisivo: «Não só podemos determinar quando o nosso inibidor se torna ativo. Podemos, simultaneamente, observar onde se encontra na célula e o que acontece após a ativação. Assim, dispomos de uma ferramenta de precisão que permite investigar processos biológicos de forma muito específica, tanto no tempo como no espaço.»
Isto é interessante, por exemplo, para a investigação da divisão celular. Esta consiste em muitas etapas perfeitamente coordenadas, nas quais as proteínas são sintetizadas e depois degradadas. Com um inibidor controlável pela luz, é possível interromper este processo de forma seletiva em pontos específicos. A luz torna-se, de certa forma, um controlo remoto para um processo biológico.
O que mais se pode acoplar a este «canivete molecular»?
O corante fluorescente é apenas um primeiro exemplo. No futuro, também poderão ser acoplados outros componentes ao local de ligação adicional – por exemplo, moléculas que conduzam o inibidor de forma direcionada a determinadas áreas de uma célula, ou possivelmente um segundo princípio ativo. «Se acrescentarmos algo à nossa chave, não podemos, naturalmente, alterá-la de tal forma que, no final, já não encaixe na fechadura», afirma Dube. «É precisamente aí que reside o desafio — mas também o grande potencial deste sistema modular.»
Ferramenta de investigação hoje, medicamento de amanhã
A investigação ainda está muito longe de ser aplicada em doentes. No entanto, precisamente como ferramenta para a investigação básica, a molécula já abre inúmeras possibilidades. E, a longo prazo, este trabalho aponta para uma ideia mais ampla: um dia, os princípios ativos poderão não só reconhecer um alvo no corpo, como também ser controláveis a partir do exterior, fornecer informações sobre a sua localização e assumir outras tarefas.
O que surge quando a química e a biologia se unem?
Isto torna-se possível através da união de dois mundos de investigação. «Viemos de perspetivas muito diferentes», afirma Zanin. «Por um lado, temos a química, que é a única capaz de construir e controlar essas moléculas. Por outro lado, temos a biologia, que pode investigar as diversas funções desse “canivete suíço” nas células vivas. Só quando ambas se unem é que surgem essas novas possibilidades.»
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Alemão pode ser encontrado aqui.
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