Avanços na Degradação Proteica Direcionada para Desenvolvimento de Medicamentos

A degradação de proteínas direcionada é um novo jeito de desenvolver remédios. Em vez de só bloquear proteínas nocivas, essa abordagem usa o sistema natural do corpo pra quebrar essas proteínas. Esse método é importante porque pode ajudar a combater doenças que os remédios atuais têm dificuldade em tratar. Duas principais técnicas são usadas na degradação de proteínas direcionada: as quimeras de direcionamento de proteólise (PROTACs) e os degradadores de cola molecular (MGDs).

Os MGDs são moléculas pequenas que mudam como certas proteínas, chamadas ligases E3, funcionam. Essas ligases normalmente marcam proteínas pra serem quebradas pela célula. Com os MGDs, as ligases agora podem direcionar novas proteínas que geralmente não seriam degradadas, dando aos pesquisadores a chance de lidar com alvos terapêuticos desafiadores, especialmente fatores de transcrição que são cruciais pra muitas doenças.

Alguns remédios imunomoduladores, como a talidomida e a lenalidomida, são exemplos de MGDs que já são usados no tratamento do mieloma múltiplo, um tipo de Câncer. Esses remédios se ligam a uma parte específica da ligase e resultam na degradação de proteínas que ajudam as células cancerosas a sobreviver. Isso mostra que a degradação de proteínas direcionada pode ser uma ferramenta poderosa no tratamento do câncer.

#Alvos Diversos na Degradação de Proteínas

Curiosamente, diferentes MGDs podem levar à quebra de diferentes proteínas, mesmo que sejam bem parecidas na estrutura. Por exemplo, a lenalidomida e a pomalidomida podem degradar os mesmos fatores de transcrição, mas a lenalidomida também afeta outra proteína chamada CSNK1A1. Isso mostra que até pequenas mudanças na estrutura química dos MGDs podem levar a mudanças significativas em quais proteínas eles vão mirar.

Avanços recentes na tecnologia permitiram que os pesquisadores encontrassem muitas novas proteínas que podem ser alvos de degradação. No entanto, projetar novos MGDs que possam direcionar efetivamente proteínas específicas ainda é um desafio.

#Avanços em Espectrometria de Massa

A espectrometria de massa (MS) melhorou muito nos últimos anos, facilitando o estudo das proteínas pelos pesquisadores. Softwares avançados e novos hardwares permitem que os cientistas analisem muitas proteínas de uma vez, ajudando a identificar potenciais novos remédios. Uma grande vantagem do uso da MS é que não precisa de um alvo específico pra descobrir quais proteínas um novo remédio pode afetar. Isso significa que pode ajudar a descobrir novos alvos de remédios e também checar quais MGDs são seletivos em suas ações.

Apesar desses avanços, o processo completo de triagem de MGDs usando MS ainda não está bem desenvolvido.

#Descobertas Recentes em Pesquisa

Em um estudo recente, os pesquisadores criaram uma biblioteca de mais de 5.000 ligantes de CRBN e testaram isso contra várias linhagens de células cancerosas. Eles estavam procurando novos degradadores e vulnerabilidades no câncer. Essa triagem abrangente forneceu degradadores eficazes para várias proteínas, como GSPT1 e CK1α, que mostraram forte atividade contra diferentes linhagens de células cancerosas. No entanto, perceberam que seu processo inicial de triagem só mediu a viabilidade celular. Como resultado, eles podem ter perdido proteínas que, embora não fossem essenciais para a sobrevivência celular, ainda poderiam ser importantes.

Pra lidar com esse problema, escolheram um subconjunto de sua biblioteca de cola molecular para uma análise mais profunda usando proteômica baseada em MS.

#Processo de Triagem Proteômica Profunda

A biblioteca de cola molecular foi projetada com vários núcleos de ligação de CRBN e incluiu compostos únicos pra aumentar a diversidade. Eles escolheram compostos com base em sua estrutura química e como se saíram em testes anteriores. O objetivo era mapear quais proteínas esses compostos poderiam direcionar pra degradação.

Usaram duas linhagens de células cancerosas, Huh-7 e NB-4, que têm perfis proteicos diferentes. Ao tratar essas células com MGDs selecionados e depois analisar as amostras usando MS, conseguiram identificar proteínas que foram reduzidas após o tratamento. Essa abordagem sistemática permitiu que eles coletassem muitos dados e procurassem proteínas que poderiam ser alvos de degradação.

A triagem revelou que eles poderiam consistentemente identificar proteínas que foram significativamente reguladas pra baixo após o tratamento. Confirmaram que essas proteínas foram de fato direcionadas pelos MGDs testando-as mais a fundo e demonstrando que sua degradação dependia de mecanismos específicos.

#Validação de Neosubstratos

A triagem levou à identificação de muitos neosubstratos já conhecidos que poderiam ser alvos, o que ajudou a validar a eficácia de suas técnicas de triagem. Entre eles, proteínas como RAB28, FIZ1, ZBTB16 e ZFP91 foram frequentemente encontradas nas células Huh-7 e NB-4. Algumas proteínas foram detectadas apenas em linhagens celulares específicas, mostrando a importância do tipo celular nos estudos de degradação de proteínas.

Os pesquisadores também observaram como certos compostos foram mais eficazes na degradação de proteínas alterando a expressão de outras. Isso mostra que usar diferentes MGDs pode levar a efeitos variados dependendo do contexto do tratamento.

#Descoberta de Novos Neosubstratos

Para potenciais alvos novos, os pesquisadores analisaram dados das células Huh-7. Identificaram vários compostos que reduziram significativamente os níveis de proteína. Através de mais testes, restringiram isso a uma lista de novos neosubstratos. Algumas dessas proteínas não foram significativamente diminuídas inicialmente, mas mostraram uma forte redução após tratamento adicional. Isso destaca como análises mais profundas podem revelar proteínas que podem inicialmente parecer não importantes no processo de degradação.

Pra garantir resultados precisos, os pesquisadores confirmaram suas descobertas usando experimentos adicionais que incluíam outro composto conhecido por inibir a via de degradação. Isso mostrou que muitos de seus novos alvos eram provavelmente verdadeiros candidatos para processos de degradação baseados em CRBN.

#Importância da Superexpressão de CRBN

Pra refinar sua busca, os pesquisadores se voltaram pra células HEK293 que superexpressavam CRBN. Isso permitiu que aumentassem a eficácia geral do processo de degradação. Usando essa linhagem celular modificada, encontraram vários novos potenciais neosubstratos que tinham sido perdidos anteriormente devido a baixos níveis de expressão. A atividade aumentada ajudou a confirmar essas proteínas como alvos válidos pra degradação baseada em CRBN.

Através de cuidadosos processos de validação, descobriram uma variedade de novos alvos que podem ser importantes no tratamento do câncer, mostrando que seus métodos pra encontrar neosubstratos foram altamente eficazes.

#Papel da Estrutura Química na Direção

Os pesquisadores também examinaram como a estrutura química dos compostos pesquisados influenciou a especificidade do alvo. Eles categorizaram os compostos com base em se tinham núcleos do tipo IMiD ou fenil-glutarimida. Os dados mostraram tendências claras em quais proteínas eram direcionadas com base na estrutura do composto. Por exemplo, proteínas ligadas a compostos do tipo IMiD tendiam a ser alvos mais estabelecidos, enquanto muitos alvos novos foram encontrados entre aqueles ligados a compostos de fenil-glutarimida.

Essa descoberta é significativa, pois sugere que a química estrutural dos candidatos a remédios pode impactar muito sua eficácia em direcionar proteínas específicas pra degradação.

#Otimização Química pra Melhor Degradação

Dada a eficácia de certos compostos em degradar proteínas, os pesquisadores buscaram refinar essas moléculas pra aumentar sua eficácia. Eles focaram em degradadores específicos que miravam proteínas como G3BP2 e KDM4B. O G3BP2 é importante nas respostas ao estresse celular, e os pesquisadores conseguiram identificar degradadores mais potentes através desse processo de otimização.

Durante os testes de diferentes análogos, descobriram que pequenas mudanças na estrutura química poderiam levar a diferenças substanciais na eficácia da degradação. Por exemplo, alterar os grupos laterais do composto aumentou significativamente sua capacidade de degradar G3BP2 sem afetar outras proteínas.

#Especificidade da Degradação de KDM4B

KDM4B é uma desmetilase de histonas ligada ao desenvolvimento do câncer, e os pesquisadores estudaram cuidadosamente como seus degradadores identificados, como SJ41564, poderiam direcionar seletivamente essa proteína. Testaram várias linhagens celulares pra confirmar que o composto não afetava outras proteínas semelhantes, destacando sua especificidade. Essa seletividade é importante porque muitos remédios atuais não conseguem discriminar entre proteínas muito relacionadas, levando muitas vezes a efeitos colaterais indesejados.

Através de técnicas como Western blotting e rotulagem de proximidade com espectrometria de massa, os pesquisadores confirmaram a interação entre as proteínas direcionadas e os compostos degradadores. Isso estabeleceu uma conexão clara entre o composto, seu alvo e o mecanismo de degradação.

#Conclusão

As descobertas dessa pesquisa ressaltam o potencial da degradação de proteínas direcionada como uma ferramenta poderosa na descoberta de remédios. Através de triagens sistemáticas e validação, os pesquisadores identificaram numerosos alvos de proteínas previamente não reconhecidos para degradação. O papel da estrutura química em influenciar a especificidade do alvo também fornece insights valiosos para o design de novos candidatos a remédios.

Ao refinar esses compostos e descobrir novos neosubstratos através de técnicas avançadas como a espectrometria de massa, os pesquisadores estão abrindo caminho pra tratamentos mais eficazes pra doenças que têm provado ser difíceis de abordar. Este estudo não só mostra a promessa da degradação de proteínas direcionada, mas também enfatiza a importância da exploração contínua no campo da descoberta de remédios.