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Os pesquisadores determinam a estrutura chave da proteína que pode conduzir aos tratamentos eficazes para a esquizofrenia

A glicina é o ácido aminado o menor - um dos blocos de apartamentos de proteínas. Actua igualmente como um neurotransmissor no cérebro, permitindo os neurônios de comunicar-se um com o otro e modulando a actividade neuronal.

Muitos pesquisadores centraram-se sobre níveis crescentes da glicina nas sinapses para encontrar um tratamento eficaz para a esquizofrenia. Isto poderia ser feito usando os inibidores que visam o transportador 1 da glicina (GlyT1), uma proteína que se sentasse nas membranas de pilha neuronal e se fosse responsável para a tomada da glicina nos neurônios. Contudo, a revelação de tais drogas foi impedida porque a estrutura 3D de GlyT1 não foi sabida.

Para determinar a estrutura de GlyT1, os pesquisadores no instituto de investigação dinamarquês da neurociência Translational (DANDRITE), que são parte da parceria do nordic EMBL para a medicina molecular, F. Hoffmann-La Roche, EMBL Hamburgo, a universidade de Zurique, a universidade de Aarhus, e a terapêutica de Linkster juntaram-se a forças.

Este projecto exigiu a colaboração multidisciplinar e a experiência original dos laboratórios diferentes sobre diversos anos.”

Azadeh Shahsavar, autor do estudo primeiros e professor adjunto, DANDRITE

Executou as medidas para o estudo durante seu tempo enquanto um postdoc no programa interdisciplinar de EMBL Postdocs (EIPOD), durante que trabalhou em EMBL Hamburgo, em DANDRITE e em Roche.

Poul Nissen, director de DANDRITE e um investigador sénior no estudo, comenta: “Nós somos imensa gratos para que o esquema do EIPOD do EMBL e a parceria do nordic EMBL mantenha-nos na trilha durante tanto tempo e permita- que nós explorem aproximações muito difíceis. Nós não sucederíamos sem ela, e sem persistência de Azadeh naturalmente!”

Superando desafios em estudar o transportador 1 da glicina

GlyT1 despejou desafiar particularmente para estudar, porque é instável quando extraído da membrana de pilha. Para estabilizá-lo, os cientistas combinaram diversas aproximações, tais como a criação de umas variações mais estáveis da proteína. Para travar o transportador em um estado clìnica relevante, a equipe usou um produto químico criado por Roche que liga e estabiliza GlyT1 do interior, e projectou um mini-anticorpo sintético (sybody) esse liga-o da parte externa.

Os cientistas testaram 960 circunstâncias diferentes e controlaram-nas obter os cristais GlyT1 em um deles. “Os cristais eram muito pequenos e difíceis à imagem. Nós escolhemos medi-los no beamline P14 de EMBL Hamburgo, que é poço - serido para experiências desafiantes como esta,” diz Azadeh.

O feixe de raio X em P14 é particularmente forte e focalizado, e seu equipamento tem as características costuradas para o trabalho com mesmo os cristais micrometre-feitos sob medida. Contudo a qualidade dos cristais era variável, que fizeram o desafio do levantamento de dados. Eventualmente, a perseverança de Azadeh paga fora. “Eu recordo quando eu vi a densidade de elétron do inibidor pela primeira vez. Eu era tão entusiasmado, eu não poderia dormir por duas noites,” diz. “Você vive por aqueles momentos rewarding.”

O desafio final era a análise de dados. Quando os cristais davam somente os testes padrões de difracção fracos devido a seu tamanho pequeno, os raios X fortes destruíram os cristais em menos do que um segundo. Um único cristal renderia somente a informação parcial sobre a estrutura, assim que Azadeh teve que recolher dados das centenas de cristais. “Processar tal enorme quantidade dos dados era agradecimentos possíveis à infra-estrutura original em EMBL Hamburgo,” diz.

Combinar conjunto de dados parciais era complexa para o software existente, mas o grupo de Schneider em EMBL Hamburgo escreveu o software projetado especificamente para tais casos. Permitiu Azadeh de fundir conjunto de dados em uma imagem completa de GlyT1 em uma definição de 3,4 Å (1 Å, ou em um ångström, é um dez-bilionésimo de um medidor - sobre o tamanho de um átomo típico). “Eu apreciei realmente trabalhar com os povos com fundos científicos diferentes. Todos contribuiu sua experiência original que tornou este estudo possível,” diz Azadeh.

Para Thomas Schneider, a cabeça comum de infra-estruturas da pesquisa em EMBL Hamburgo, o estudo é um exemplo perfeito que destaca a importância da excelência científica e da disponibilidade de infra-estruturas pioneiros para a pesquisa de progresso. “Para projectos desafiantes goste disto, nós estamos felizes pôr a experiência metodológica de nosso pessoal para trabalhar e fazer o uso completo das capacidades tecnologicos de nossos beamlines e facilidades de preparação da amostra. A alta intensidade microfocused o feixe produzido pelo synchrotron de PETRA III no terreno de DESY e o diffractometer versátil da elevada precisão que foi desenvolvido em uma colaboração entre EMBL Hamburgo, EMBL Grenoble, e ARINAX eram chaves para este projecto.”

Azadeh concorda. “A excelência, infra-estrutura, hardware, e o software fornecido por EMBL é do mais de alta qualidade, e estão sendo melhorados constantemente,” adiciona.

Modelo para a terapêutica nova

A análise revelou uma estrutura inesperada de GlyT1. Em contraste com outros transportadores do neurotransmissor, que são limitados por seus inibidores do lado exterior da membrana de pilha, GlyT1 é limitado por seu inibidor do lado interno. “A estrutura era uma surpresa para nós. Parece que o inibidor GlyT1 deve a primeira cruz que as membranas de pilha antes que possa alcançar GlyT1 do interior dos neurônios,” dizem Roger Dawson, um autor superior no estudo.

“Esta estrutura fornece um modelo desenvolvendo inibidores novos de GlyT1, seja eles moléculas orgânicas ou os anticorpos,” explicam Roger. “O sybody desenvolvido para este estudo liga GlyT1 em um local obrigatório previamente desconhecido e em fechamentos ele em um estado em que não pode transportar a glicina any more. Nós poderíamos usar este conhecimento para desenvolver as drogas que visam não somente GlyT1, mas igualmente outras proteínas de transporte da membrana no futuro.”

Source:
Journal reference:

Shahsavar, A., et al. (2021) Structural insights into the inhibition of glycine reuptake. Nature. doi.org/10.1038/s41586-021-03274-z.