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Bioquímica

Imagem cristalina

Estrutura detalhada de proteína facilita a busca de novos medicamentos contra doenças auto-imunes

WALTER F. DE AZEVEDO JR.Anomalias na enzima PNPWALTER F. DE AZEVEDO JR.

Encontrar a chave que abre uma fechadura conhecida, como a da porta de casa, é relativamente fácil. Com o tempo, suas características principais – a marca, o tamanho, o formato e a cor – tornam-se familiares. Ao procurar a chave de casa, é simples descartar, apenas com uma rápida comparação mental, os artefatos cujos contornos diferem radicalmente do jeitão do buraco da fechadura. Essa estratégia encurta a busca às chaves que apresentam alguma chance de abrir a porta. Porém, sem nunca ter visto a fechadura da porta, identificar a chave ideal no meio de outras chaves pode ser um suplício, sobretudo se o número de opções a serem testadas for elevado. Uma coisa é certa: as chances de encontrar a chave certa aumentam à medida que as características fundamentais da fechadura forem desvendadas.

Foi mais ou menos isso – desvendar os contornos de uma fechadura química – o que fez uma equipe de pesquisadores gaúchos e paulistas. Eles produziram a mais detalhada imagem da estrutura tridimensional do cristal de uma proteína, a enzima PNP, sigla de purina nucleosídeo fosforilase, cuja ação, quando descontrolada, parece levar ao surgimento de algumas doenças de origem imunológica e à rejeição de órgãos transplantados. “É como se tivéssemos dado um zoom numa foto”, compara Diógenes Santiago Santos, da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC/ RS), coordenador dos trabalhos sobre a enzima.

Tais estudos são feitos no âmbito do Instituto do Milênio para Estratégias Integradas para Estudo e Controle da Tuberculose no Brasil, projeto financiado pelo Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT). “Agora podemos ver pormenores da estrutura da PNP que antes não eram claros.” A nova imagem da PNP apresenta uma qualidade cerca de 20% superior à da versão anterior. Sua resolução é de 2,3 angströns, ao passo que a da antiga representação da molécula é de 2,8 angströns (1 angström corresponde a 10 milionésimos do milímetro). Quanto menor for o valor da resolução em angström, mais nítidos os detalhes da estrutura flagrada. A imagem capturada pelos brasileiros joga luz sobre ínfimas porções da PNP que podem ser fundamentais para se encontrar as chaves moleculares – os medicamentos – capazes de se ligar e atuar sobre essa enzima.

PNP mutantes
Estudos anteriores sugerem que o controle da ação da PNP pode ser vital para o tratamento de doenças auto-imunes, como o lúpus, a artrite reumatóide, a psoríase e alguns tipos de câncer como os linfomas. Acredita-se nisso porque formas anômalas dessa enzima, decorrentes provavelmente de mutações no gene que carrega a receita de produção da PNP, alteram o padrão de ativação de um dos pilares do sistema imunológico, um tipo de célula de defesa conhecido como linfócitos T. Tais células reconhecem e combatem substâncias estranhas e potencialmente perigosas ao organismo, os antígenos. A ameaça, real ou potencial, pode ser representada pela entrada no organismo de vírus, bactérias, parasitas ou qualquer proteína de origem externa.

Em condições normais, a atuação dos linfócitos T é benéfica e imprescindível para a produção de anticorpos contra os antígenos. No entanto, disfunções na produção dessas células guardiãs do bem-estar do organismo, ocasionadas provavelmente por um excesso de estímulos enviados pela PNP, podem causar as doenças auto-imunes. Nesse tipo de distúrbio, ocorre uma espécie de rebelião do sistema imunológico, de motim das células de defesa, que, em vez de se voltarem contra inimigos externos, passam a atacar seus próprios tecidos. Diante das evidências de que a PNP influencia diretamente o comportamento dos linfócitos T, a ciência passou a procurar inibidores dessa enzima – drogas que poderiam tratar ou ao menos reduzir os efeitos das doenças de fundo imunológico. Obter uma ótima representação da estrutura da PNP, na qual esses inibidores têm de se encaixar para produzir algum efeito, passou a ser uma prioridade nessa linha de pesquisa.

Para produzir uma representação em alta resolução da PNP, os pesquisadores tiveram de contornar dificuldades inerentes à produção de imagens em três dimensões da estrutura de proteínas (enzimas são um tipo de proteína). O primeiro desafio foi obter a proteína em quantidades suficientes e com pureza de quase 100%. “Essa enzima é muito difícil de ser clonada”, comenta o bioquímico Mário Sérgio Palma, da Universidade Estadual Paulista (Unesp), de Rio Claro, co-autor do trabalho com a PNP. Em vez de trabalhar com a enzima em sua forma natural, extraída do sangue humano, como fizeram sem muito sucesso outros grupos, a equipe nacional optou por uma versão recombinante: fizeram a bactéria Eschirichia colli produzir a PNP humana em grande quantidade. A estratégia deu tão certo que os brasileiros hoje vendem a PNP para empresas do estrangeiro.

O passo seguinte foi gerar uma versão estável da enzima. Como uma criança que nunca pára na hora de ser fotografada, a estrutura da PNP em seu estado físico original, a forma líquida, é muito instável e complicada de ser flagrada, a saída foi misturar a enzima a uma solução e resfriá-la até formar um cristal da proteína. A enzima solidificada foi então exposta a um feixe de radiação de alta intensidade – no Laboratório Nacional de Luz Síncroton, em Campinas – que revelou sua estrutura. Assim surgiu a imagem com 2,3 angströns de resolução da PNP.

Inibidores naturais
Os pesquisadores produziram imagens inéditas da estrutura da enzima interagindo com as duas principais drogas candidatas a inibidores da PNP, o aciclovir e a imucilina H, em possíveis novos tratamentos contra doenças auto-imunes. “Tentamos entender por que algumas drogas funcionam melhor do que outras sobre a enzima”, explica o físico Walter Filgueira de Azevedo Jr., da Unesp de São José do Rio Preto, que participou intensamente dessa parte dos estudos.

A maior ou menor afinidade entre a PNP e seus potenciais inibidores depende de uma série de parâmetros técnicos, como interações entre seus átomos e a complementaridade de suas respectivas superfícies de contato. O próximo desafio dos brasileiros – que neste ano publicaram nove artigos científicos sobre a PNP em revistas internacionais – será procurar inibidores naturais da enzima. Em colaboração com João Batista Calixto, da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), especialista em fitoterápicos, a equipe de Diógenes Santos tenta isolar moléculas de extratos de plantas com potencial para atuar sobre a PNP.

O Projeto
Enzimas de Vias Metabólicas Definidas como Alvos para o Desenvolvimento de Drogas contra Doenças Negligenciadas (Malária e Tuberculose) e Doenças Crônico-degenerativas
Coordenador
Diógenes Santiago Santos – PUC/RS
Investimento
R$ 2.140.000,00 (MCT)

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