Compostos Controlados por Luz Transformam a Pesquisa dos Canais TRPC

O corpo humano tem 27 tipos de proteínas conhecidas como proteínas do Potencial Receptor Transitório (TRP). Essas proteínas conseguem se juntar e formar canais que permitem a passagem de íons dentro e fora das células. Diferentes canais TRP têm funções variadas dependendo de onde estão localizados no corpo. Eles ajudam a perceber coisas como temperatura e produtos químicos, além de manter o equilíbrio mineral nas células.

Alguns canais TRP, como TRPV1, TRPM8 e TRPA1, são bem conhecidos por seus papéis em sentir calor, frio e certos químicos. No entanto, muitos outros canais TRP ainda têm funções pouco claras, mesmo que possam estar ligados a algumas doenças. Por causa disso, os pesquisadores estão interessados nesses canais como possíveis alvos para novos tratamentos.

#Importância dos Canais TRPC

Um grupo específico de canais TRP é chamado de TRPC, que significa canais TRP Canônicos. Os canais TRPC não são seletivos e permitem a passagem de íons de sódio e Cálcio. Entre eles, TRPC4 e TRPC5 são canais especialmente importantes porque são encontrados principalmente no cérebro, intestino e rins. Esses canais estão ligados a várias funções, incluindo percepção da dor, sinalização reprodutiva, ansiedade, depressão, doenças renais e digestão. Pesquisas recentes sugeriram até que a perda de TRPC5 pode estar relacionada à depressão pós-parto e à obesidade.

TRPC4 e TRPC5 podem formar canais sozinhos ou com outras proteínas TRP, como TRPC1, tornando-os versáteis em função.

#Desafios e Avanços na Pesquisa

Inicialmente, os pesquisadores aprenderam sobre TRPC4 e TRPC5 estudando camundongos que tiveram esses canais removidos. Isso aconteceu principalmente porque ferramentas específicas para estudar esses canais não estavam disponíveis. Recentemente, compostos químicos que podem modular TRPC4 e TRPC5 foram desenvolvidos. Um dos primeiros compostos identificados foi um produto natural chamado (-)-Englerin A, que ativa TRPC1, 4 e 5.

No entanto, estudar canais TRP pode ser complicado porque suas funções dependem tanto de onde estão localizados no corpo quanto por quanto tempo estão ativos. Os pesquisadores descobriram que ferramentas que podem ser controladas pela luz são particularmente úteis para estudar os canais TRP, já que permitem que os cientistas controlem a atividade dessas proteínas com alta precisão em tempo e espaço.

#Ferramentas Controladas por Luz para Estudos de TRP

Vários compostos controlados por luz, conhecidos como ligantes fotoswitcháveis, foram desenvolvidos para vários canais TRP. Por exemplo, azo-capsaicinas para TRPV1, TRPswitch para TRPA1, e outros para canais TRPC. Contudo, não havia um composto controlado por luz funcional para TRPC4 na época, e o único para TRPC5 tinha eficácia limitada.

Avanços recentes levaram ao desenvolvimento de drogas potentes e seletivas direcionadas a TRPC4/5, com alguns desses compostos já fazendo progressos na pesquisa básica. Neste trabalho, os cientistas tinham como objetivo criar versões com comutação de luz dessas drogas. O objetivo era aumentar a eficácia delas no estudo dos canais TRPC enquanto permitiam um controle preciso em ambientes biológicos.

#Conceito de Comutação de Eficácia

Para criar essas novas ferramentas, os pesquisadores focaram em um conceito chamado comutação de eficácia. Isso significa que as duas formas de um composto, quando acionadas pela luz, podem ter efeitos diferentes na proteína alvo enquanto ainda se ligam com força semelhante. Idealmente, uma forma pode ativar o canal, enquanto a outra forma não tem um efeito significativo.

Usando essa ideia, os pesquisadores projetaram dois novos compostos que podem alternar reversivelmente entre essas formas ativas e inativas. Esse design permite que os cientistas controlem a atividade de TRPC4 e TRPC5 com precisão, sem precisar se preocupar com a concentração do remédio.

#Desenvolvimento de Interruptores de Eficácia de Xantina

Os pesquisadores identificaram medicamentos existentes que visam TRPC4 e TRPC5, em particular dois medicamentos conhecidos chamados Pico145 e HC-070. Esses medicamentos têm efeitos fortes nos canais TRPC, tornando-os excelentes candidatos para desenvolvimento adicional. Fazendo pequenas mudanças na estrutura desses medicamentos, eles desenvolveram novos compostos chamados AzPico e AzHC, que podem mudar sua atividade com luz.

Os novos compostos foram projetados para serem altamente eficazes, o que significa que ainda podem funcionar bem em baixas concentrações. Isso era importante porque permitiria um uso mais fácil em experimentos, especialmente em tecidos vivos.

#Testando Novos Compostos em Células

Os pesquisadores primeiro testaram os novos compostos em células cultivadas para ver como funcionavam. Usando uma configuração especial, eles mediram o fluxo de cálcio em células que expressavam TRPC4 ou TRPC5 quando expostas à luz. Os resultados mostraram que os compostos podiam controlar efetivamente o fluxo de cálcio sem serem afetados pela concentração do remédio.

AzPico foi particularmente notável, pois podia ativar TRPC4 e TRPC5 com concentrações muito baixas. A capacidade de alternar entre estados ativos e inativos sem precisar de altas concentrações de remédio apoia a ideia de comutação de eficácia.

#Estudos Eletrofisiológicos

Em seguida, os pesquisadores realizaram experimentos eletrofisiológicos, que envolveram medir as correntes elétricas através dos canais TRPC4 e TRPC5 em resposta a seus novos compostos. Esses experimentos confirmaram que AzPico podia ativar rapidamente TRPC4, e essa ação era reversível mudando a wavelength da luz.

Os resultados mostraram que os compostos funcionaram como esperado para interruptores ideais de eficácia. Isso significa que a luz poderia ativar e desativar a atividade dos canais de forma eficaz, tornando esses compostos úteis para vários experimentos.

#Estudos Estruturais para Entender o Mecanismo

Para aprofundar sua compreensão, os pesquisadores também conduziram estudos estruturais de TRPC4 e TRPC5 em complexo com os novos compostos. Eles usaram uma técnica chamada criomicroscopia eletrônica para visualizar como os compostos se ligavam aos canais. Isso ajudou a confirmar como os compostos podiam alternar sua eficácia com base na luz.

As estruturas detalhadas mostraram que pequenas mudanças nos compostos de remédio poderiam levar a diferenças significativas em como influenciavam a atividade do canal TRPC. Os pesquisadores pretendiam comparar essas descobertas com outros compostos conhecidos para refinar a compreensão de como drogas controladas pela luz podem ser projetadas.

#Testando em Células Vivas

Depois de confirmar suas descobertas em células cultivadas e com estudos estruturais, os pesquisadores passaram a testar os compostos em células vivas. Eles usaram células que expressam naturalmente canais TRPC e puderam observar como o composto funcionava em um sistema biológico mais complexo.

Os resultados indicaram que AzPico podia controlar efetivamente a atividade do canal em células nervosas primárias, mostrando a promessa dessas novas ferramentas para estudar como os canais TRP funcionam em ambientes biológicos reais.

#Explorando Tecidos Animais

A próxima etapa da pesquisa envolveu testar os compostos em tecidos animais reais. Os pesquisadores focaram em fatias de tecido cerebral onde TRPC5 é conhecido por ser importante para sinalização. Nesses testes, eles usaram luz para controlar a atividade do canal TRPC e medir as respostas de cálcio resultantes em neurônios.

Esses testes demonstraram com sucesso que os novos compostos não apenas podiam ativar os canais TRPC, mas também fornecer insights sobre seus papéis específicos na sinalização neuronal. Isso preparou o terreno para estudos adicionais para explorar as funções biológicas de TRPC4 e TRPC5 em sistemas vivos.

#Avaliando a Função Intestinal

Finalmente, os pesquisadores testaram os compostos em tecidos intestinais, já que se acredita que TRPC4 desempenha um papel no controle das contrações musculares no intestino. Usando o composto ativado por luz AzPico, eles conseguiram estimular contrações em segmentos intestinais que estavam paralisados por medicamentos.

Esse experimento ressaltou a importância do TRPC4 na contractilidade intestinal e mostrou como os novos compostos poderiam oferecer um método poderoso para investigar funções fisiológicas em tecidos mais profundos.

#Conclusão

O desenvolvimento de compostos ativados por luz que alternam eficácia para TRPC4 e TRPC5 representa um avanço significativo no estudo dos canais TRP. Essas novas ferramentas permitem que os pesquisadores manipulem com precisão a atividade das proteínas em tecidos vivos, oferecendo insights sobre os papéis desses canais em vários processos biológicos.

As aplicações futuras desses compostos poderiam ir além do estudo atual, abrindo portas para novos entendimentos em muitas áreas da biologia, incluindo medicina e fisiologia. A abordagem de comutação de eficácia com luz mostra promessa para criar uma nova classe de fármacos que podem ser controlados em tempo real com luz, potencialmente transformando a forma como os pesquisadores estudam sistemas biológicos complexos.