Como é que o Botox entra nas nossas células

A neurotoxina botulínica A1, mais conhecida pelo nome comercial de Botox, não é apenas um popular auxiliar cosmético, mas também uma neurotoxina bacteriana altamente eficaz que - cuidadosamente doseada - é utilizada como medicamento. Bloqueia a transmissão de sinais nervosos aos músculos: Isto pode relaxar os músculos sob a pele, o que é usado em cosméticos para suavizar as caraterísticas faciais. No entanto, também pode aliviar condições causadas por músculos espasmódicos ou sinalização nervosa incorrecta, como espasticidade, problemas urinários ou olhos desalinhados. No entanto, uma dose demasiado elevada de Botox pode ser fatal se provocar a paralisia dos músculos respiratórios. Isto ocorre normalmente como resultado de envenenamento bacteriano da carne e é conhecido como "botulismo".

Para utilizar a neurotoxina botulínica como medicamento da forma mais eficaz possível, para controlar com precisão o efeito e para alargar as aplicações possíveis, os investigadores gostariam de compreender melhor a forma como a toxina penetra numa célula nervosa para desenvolver o seu efeito. No entanto, pouco se sabia sobre este assunto. "Isto deve-se principalmente ao facto de ainda não dispormos de dados estruturais sobre o aspeto da toxina em toda a sua extensão, quando está ligada ao recetor da célula nervosa", diz Richard Kammerer, do Centro de Ciências da Vida do PSI. Até agora, só foram efectuados estudos sobre a estrutura de domínios individuais da toxina - ou seja, certas partes da sua complexa estrutura molecular - e sobre a estrutura desses domínios em combinação com o recetor ou um dos seus domínios.

Observações a 160 graus negativos

Para alterar esta situação, Kammerer e a sua equipa associaram-se ao grupo de investigação de Volodymyr Korkhov. Este grupo trabalha no mesmo laboratório do PSI e é especializado na elucidação estrutural de proteínas, especialmente proteínas de membrana. No estudo conjunto, os investigadores utilizaram um microscópio crioelectrónico para analisar amostras da neurotoxina isolada e com o recetor. Na microscopia crioelectrónica, as amostras são congeladas a 160 graus negativos sem que se formem cristais de gelo. "Isto significa que a amostra mantém a sua estrutura permanentemente e que podemos analisá-la em paz", explica Basavraj Khanppnavar, primeiro autor do estudo. "Isto dá-nos uma visão particularmente precisa da arquitetura molecular", acrescenta a sua colega e também primeira autora, Oneda Leka.

Desta forma, os investigadores determinaram a estrutura de toda a toxina isolada e a estrutura do complexo molecular em combinação com o recetor. Fizeram-no a valores de pH baixos e neutros, como acontece na chamada vesícula sináptica. Depois de a toxina se acoplar ao recetor, este organelo celular semelhante a uma vesícula absorve a toxina e transporta-a para o interior da célula.

A forma compacta pode interagir melhor

Como se verificou, a subsequente descida do valor de pH da vesícula "madura" é crucial para o transporte da toxina da vesícula através da sua membrana para o citosol - a parte da célula onde ocorre a maior parte das reacções bioquímicas e onde a toxina também desenvolve o seu efeito. "A um valor de pH baixo, de cerca de 5,5, a toxina dobra-se da sua forma alongada e aberta habitual para uma forma esférica e compacta", relata Volodymyr Korkhov. Isto faz com que os domínios cruciais da proteína se aproximem da membrana da vesícula. "A um valor de pH neutro de cerca de 7, por outro lado, estão demasiado afastados da membrana na sua forma alongada para poderem interagir". A chamada translocação da toxina do interior da vesícula para o citosol da célula não pode então ter lugar.

Entre os grupos de investigação que trabalham sobre o mesmo tema, a equipa do PSI é a primeira no mundo a fornecer dados estruturais da toxina no seu comprimento total e em complexo com o recetor antes da translocação. "Temos agora uma ideia muito mais realista dos mecanismos cruciais da translocação", diz Kammerer. No entanto, são ainda necessários mais estudos para que estes possam ser totalmente decifrados. "Mas com o estudo agora publicado, já demos um passo importante que nos poderá ajudar a utilizar a neurotoxina botulínica de forma muito mais eficaz no futuro, por exemplo, no tratamento da dor."