A descoberta veio no aniversário do biólogo molecular Christopher Garcia.
Por mais de 20 anos, sua equipe e outras pessoas ao redor do mundo perseguiram uma pedreira indescritível – a estrutura 3D de uma proteína de sinalização crucial nas células. No final de 2021, suas imagens de microscópio eletrônico da molécula começaram a entrar em foco. Em 8 de dezembro, o pós-doutorando Naotaka Tsutsumi e o estudante de pós-graduação Caleb Glassman lhe enviaram um e-mail com uma imagem surpreendentemente clara da proteína presa a um receptor-chave. “Eu estava sentado em uma reunião e percebi que tínhamos”, lembra Garcia, pesquisador do Howard Hughes Medical Institute da Universidade de Stanford. “Eu imediatamente saí da reunião e corri de volta para o laboratório.”
Glassman, que acabara de se mudar para Boston para um pós-doutorado em Harvard, cancelou sua planejada viagem ao interior e voltou correndo para Stanford. “Eu queria terminar o que Naotaka e eu começamos”, explica ele. Em seguida, os três pesquisadores trabalharam dia e noite para definir a estrutura completa da proteína, conhecida como Janus quinase, e vencer os laboratórios concorrentes na descoberta. “Foi uma grande corrida de cavalos entre muitos grandes grupos em todo o mundo, e estávamos correndo em direção à linha de chegada”, diz Garcia. Em 26 de dezembro, eles enviaram um manuscrito para a revista Science, que publicou o trabalho em 10 de março de 2022.
A equipe de Garcia capturou não apenas a estrutura completa de uma molécula de sinalização vitalmente importante, mas também o mecanismo de como essas quinases funcionam, que era “uma questão fundamental na biologia”, diz John O’Shea, imunologista do National Institutes of Health que ajudou a desenvolver um dos primeiros medicamentos para bloquear a função da Janus quinase e não esteve envolvido com a nova pesquisa. Como as proteínas podem dar errado na doença, os resultados podem levar a novas e melhores drogas contra certos tipos de câncer. “É um trabalho incrível”, diz O’Shea.
Desbastando
Janus quinases pegam sinais que vêm de fora das células e passam a informação para moléculas internas. Os cientistas sabem há anos que o mau funcionamento das Janus quinases pode causar doenças. Algumas mutações que prejudicam as Janus quinases podem reduzir severamente a capacidade do corpo de combater a infecção, causando uma condição praticamente idêntica à “doença do menino bolha”. E quando falhas genéticas e sinais exagerados aceleram demais as quinases, o resultado pode ser câncer no sangue, como leucemia, e doenças alérgicas ou autoimunes.
Os pesquisadores conheciam a forma de partes das proteínas, incluindo enzimas relacionadas e regiões reguladoras no final da molécula, o que lhes rendeu o nome de Janus quinases, em homenagem ao deus romano mitológico de duas faces. E sofisticados exames de drogas descobriram moléculas que inibem essas proteínas, dando aos médicos uma maneira de tratar alguns tipos de câncer e distúrbios como a artrite reumatóide. Mas os cientistas desenvolveram as drogas sem conhecer a estrutura completa das moléculas ou como elas são ativadas. Portanto, a maior parte do arsenal atual de quase uma dúzia de drogas, além de mais em ensaios clínicos, são instrumentos relativamente contundentes, bloqueando as Janus quinases saudáveis e mutantes. Eles ainda podem tratar muitas doenças, do eczema ao COVID-19, mas também podem causar uma série de efeitos colaterais.
Garcia queria uma visão mais detalhada das proteínas, mas, como aprendeu quando tentou pela primeira vez imaginar as moléculas como pós-doutorando em 1995, era um desafio assustador. As quinases são notoriamente difíceis de fazer em laboratório. E eles não formam cristais facilmente, que os cientistas precisam para capturar estruturas 3D usando cristalografia de raios-X. Assim, por muitos anos, Garcia e outros só podiam ver pedaços das quinases de cada vez. “Nós continuamos desbastando sem muito para mostrar”, diz ele.
Nos últimos anos, as peças começaram a se encaixar. Um avanço importante foi um método chamado cryo-EM, onde os cientistas congelam amostras e as visualizam usando um microscópio eletrônico. Outra foi a escolha da equipe de Garcia de estudar uma Janus quinase de camundongo em vez de uma humana menos estável. Eles também introduziram uma mutação comum causadora de câncer na quinase do camundongo, que estabilizou ainda mais a molécula.
Como acender uma fogueira
O trabalho da equipe de Garcia revela a estrutura de uma Janus quinase chamada JAK1 e descreve as etapas que ela usa para enviar sinais dentro das células.
Primeiro, as proteínas receptoras perfuram as membranas das células, saindo das superfícies interna e externa da célula como um palito de dente através de um sanduíche. Então, uma única Janus quinase dentro da célula se liga aos receptores, esperando um sinal. Em seguida, moléculas chamadas citocinas se aproximam do exterior da célula, cada uma se ligando a dois receptores. As citocinas agem como uma ponte que aproxima ainda mais os dois receptores, explica Garcia. Isso aproxima as extremidades ativas da Janus kinase, ligando-as. Como um fósforo acendendo uma fogueira, a quinase retransmite um sinal que diz aos genes para ligar ou desligar.
A estrutura também revela como a mutação causadora de câncer causa um curto-circuito nessa cadeia de mensagens – colando duas partes da Janus quinase. Isso faz com que as duas regiões ativas permaneçam ligadas mesmo quando não há citocinas externas, desencadeando uma atividade descontrolada que pode desencadear cânceres.
Garcia espera que os novos resultados possam ajudar os cientistas a projetar medicamentos melhores que tenham como alvo apenas as Janus quinases defeituosas, permitindo que versões saudáveis continuem desempenhando suas funções normais. O trabalho, diz ele, é um exemplo de “situação ideal na ciência, onde a resolução de um problema básico também tem relevância direta para a doença”.
Publicado em 12/03/2022 14h05
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