Decifrar o código de degradação das proteínas

As proteínas são os blocos de construção da vida e mantêm a estrutura e a função das células. No entanto, quando as proteínas ficam danificadas, mal dobradas ou fora de uso, podem provocar uma série de doenças, desde a doença de Alzheimer e de Parkinson ao cancro e à distrofia muscular. Para evitar que isso aconteça, as células desenvolveram um sistema engenhoso para marcar as proteínas indesejadas para degradação, utilizando uma pequena proteína chamada ubiquitina.

Cadeias de ubiquitina

A ubiquitina é um marcador celular que determina o que deve acontecer a uma proteína. O código da ubiquitina pode consistir numa única etiqueta de ubiquitina ou em várias ubiquitinas ligadas entre si. Leo Kiss, primeiro autor e investigador de pós-doutoramento no Departamento de Máquinas Moleculares e Sinalização de Brenda Schulman no MPIB, explica: "O código da ubiquitina é fascinante devido à sua complexidade: a ligação de uma molécula de ubiquitina a outra pode ocorrer de oito formas diferentes. Estas ligações podem ser repetidas várias vezes e formar cadeias de diferentes comprimentos. E como se isso não fosse suficientemente complexo, diferentes tipos de cadeias podem ramificar-se. Com tantas possibilidades, ainda não compreendemos totalmente a informação que estas estruturas codificam. É aqui que entra a nossa tecnologia UbiREAD - funciona como um scanner que consegue descodificar o que estas diferentes cadeias de ubiquitina fazem nas células".

Como é analisado o código da ubiquitina

A complexidade do código da ubiquitina representa um grande desafio para os investigadores que trabalham na degradação das proteínas. As diferentes combinações de tipos, comprimentos e formas das cadeias de ubiquitina conduzem a uma multiplicidade de códigos difíceis de decifrar. Um dos maiores obstáculos tem sido a falta de uma abordagem sistemática para observar a degradação das proteínas nas células. Os métodos actuais têm limitações: Enquanto as abordagens baseadas em células não podem gerar cadeias específicas de ubiquitina nas células a pedido, os métodos bioquímicos não conseguem muitas vezes imitar o comportamento de degradação observado nas células. Este facto conduziu a resultados contraditórios em vários estudos.

Tecnologia UbiREAD

Para decifrar o código da ubiquitina e compreender melhor a degradação das proteínas, Leo Kiss, em colaboração com Leo James, chefe do grupo de investigação "Host-Pathogen Biology" no MRC Laboratory of Molecular Biology em Cambridge, Reino Unido, desenvolveu a tecnologia UbiREAD (UbiquitinatedReporter Evaluation After intracellular Delivery ). Esta nova abordagem permite analisar a degradação celular de proteínas que transportam um código de ubiquitina definido. Os investigadores marcam uma proteína fluorescente com um código de ubiquitina conhecido. Em seguida, libertam a proteína marcada nas células. Com base na intensidade da fluorescência, que se correlaciona com a quantidade de proteína, podem seguir o destino da proteína: Se ainda estiver intacta, a fluorescência mantém-se; se for degradada, a fluorescência perde-se.

Com o UbiREAD, os investigadores descobriram que a degradação intracelular é mais rápida do que a degradação da mesma proteína num tubo de ensaio com maquinaria de degradação purificada. Só é necessário um minuto para degradar metade da proteína marcada no ambiente celular. Os investigadores conseguiram igualmente demonstrar que as proteínas marcadas com um tipo específico de cadeia de ubiquitina, conhecida como K48, são rapidamente degradadas, enquanto as proteínas com cadeias K63 perdem rapidamente a sua marcação e não são degradadas.

Os investigadores também compararam diferentes comprimentos de cadeias de ubiquitina. Leo Kiss afirma: "Surpreendentemente, cadeias com apenas três moléculas de ubiquitina foram suficientes para degradar eficazmente a proteína fluorescente. No entanto, este código pode perder-se se estas ubiquitinas não estiverem ligadas diretamente à proteína, mas a outra cadeia de ubiquitina. Depende do contexto exato".

Brenda Schulman, Diretora do MPIB, resume: "Os nossos resultados sublinham a importância de estudar as cadeias de ubiquitina e as suas funções no seu ambiente celular natural. Mostrámos que o UbiREAD é uma ferramenta versátil para analisar a degradação intracelular de proteínas ligadas a diferentes tipos de cadeias de ubiquitina ou de proteínas semelhantes à ubiquitina em diferentes contextos celulares. Continuaremos a utilizar o UbiREAD para obter muitos mais conhecimentos sobre o complexo sistema da ubiquitina num futuro próximo".