Graças a medições no laser suíço de elétrons livres de raios X (SwissFEL) e na fonte de luz suíça (SLS), pesquisadores do Instituto Paul Scherrer (PSI) conseguiram produzir os primeiros vídeos mostrando como uma droga fotofarmacológica se liga e libera de seu alvo proteico. Esses filmes podem ajudar a avançar nossa compreensão da ligação ligante-proteína, conhecimento que será importante para projetar terapêuticas mais eficientes.
A fotofarmacologia é um novo campo da medicina que envolve o uso de drogas sensíveis à luz para tratar doenças como o câncer. As moléculas da droga contêm “photoswitches” moleculares que são ativados por pulsos de luz assim que atingem a região alvo do corpo – um tumor, por exemplo. A droga é então desativada usando outro pulso de luz. A técnica pode ajudar a limitar os potenciais efeitos colaterais dos medicamentos convencionais e também ajudar a mitigar o desenvolvimento de resistência aos medicamentos.
No novo trabalho, os pesquisadores liderados por Maximilian Wranik e Jörg Standfuss estudaram a combretastatina A-4 (CA4), uma molécula que se mostra muito promissora como tratamento anti-câncer. O CA4 se liga à proteína tubulina, uma proteína crucial no corpo que é importante para a divisão celular retardando o crescimento de tumores.
A equipe usou uma molécula de CA4 tornada fotossensível pela adição de uma ponte de azobenzeno composta por dois átomos de nitrogênio. “Em sua forma dobrada, esta molécula se liga perfeitamente ao bolso de ligação do ligante na tubulina, mas se alonga quando a iluminação a afasta de seu alvo”, explica Standfuss.
Para entender melhor esse processo, que ocorre em escalas de tempo de milissegundos e em nível atômico, Wranik e Standfuss usaram uma técnica chamada cristalografia serial resolvida no tempo no síncrotron SLS e SwissFEL.
Os pesquisadores observaram como o CA4 foi liberado da tubulina e as subsequentes mudanças conformacionais que ocorreram na proteína. Eles obtiveram nove instantâneos de 1 ns a 100 ms após o CA4 ter sido desativado. Eles então combinaram esses instantâneos para produzir um vídeo que revelou que uma isomerização cis-para-trans da ligação azobenzeno altera a afinidade do CA4 pela tubulina, de modo que ela se desvincula da proteína. A tubulina, por sua vez, adapta-se à mudança na afinidade do CA4, “colapsando” sua bolsa de ligação pouco antes da liberação do ligante, antes de se reformar novamente.
“A ligação e desconexão do ligante é um processo fundamental e crítico para a maioria das proteínas em nosso corpo”, diz Standfuss. “Conseguimos observar diretamente o processo em um alvo de medicamento contra o câncer. Além da percepção fundamental, esperamos que uma melhor resolução da interação dinâmica entre as proteínas e seus ligantes nos forneça uma nova dimensão temporal para melhorar o design de drogas com base na estrutura”.
No estudo atual, detalhado na Nature Communications, os pesquisadores do PSI se concentraram na reação que ocorre nas escalas de tempo de nanossegundos a milissegundos. No entanto, eles também coletaram dados que cobrem a parte fotoquímica da reação de femtossegundos a picossegundos. Eles agora estão concluindo a análise desses resultados e esperam publicar um novo artigo sobre esse trabalho em breve.
“Em última análise, queremos produzir um filme molecular cobrindo a reação completa de como uma droga fotofarmacológica muda sua forma em 15 ordens de magnitude no tempo”, disse Standfuss ao Physics World . “Tal período de tempo nos permitiria obter os dados estruturais dinâmicos mais longos para qualquer interação droga-proteína até o momento”.
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Fonte: https://physicsworld.com/a/molecular-photoswitch-could-help-create-better-anti-cancer-drugs/
