Interações proteína-proteína
Análise avançada de processos biológicos
Análise avançada de processos biológicos
As proteínas raramente agem sozinhas, mas interagem entre si para realizar várias funções celulares.
Estudar essas interações proteína-proteína fornece insights cruciais em uma ampla gama de processos biológicos.
As proteínas facilitam a maioria dos processos biológicos em uma célula. Isso inclui expressão gênica, crescimento celular, proliferação, absorção de nutrientes, morfologia, motilidade, comunicação intercelular e apoptose.
A expressão proteica é um processo dinâmico que responde a vários estímulos. As proteínas específicas nem sempre podem ser expressas ou ativadas para determinadas tarefas. As células também variam em sua expressão proteica, o que pode complicar o estudo da função proteica no contexto biológico apropriado. No entanto, com investigação e análise cuidadosas, esses desafios podem ser superados.
Antes do final da década de 1990, as análises de função de proteína concentraram-se principalmente em proteínas individuais. No entanto, como a maioria das proteínas deve interagir com outras proteínas para funcionar, elas devem ser estudadas no contexto de seus parceiros interagentes. A publicação do genoma humano e o desenvolvimento da proteômica tornaram essencial o entendimento das interações proteicas e a identificação das redes biológicas para compreender sua função dentro da célula.
Entre os tipos importantes de interações proteicas, incluem-se:
Nas interações proteína-proteína, as proteínas interagem entre si para realizar funções específicas nas células.
Como quase todos os processos biológicos envolvem um ou mais PPIs, estudar essas interações nos ajuda a entender as interações dos mecanismos moleculares dentro desses processos, incluindo:
Muitos processos biológicos, como crescimento celular, diferenciação e apoptose, são regulados por redes de sinalização intrincadas que envolvem interações proteína-proteína. Ao estudar essas interações, os pesquisadores podem entender as rotas de sinalização envolvidas em doenças como o câncer e desenvolver terapias direcionadas que perturbam ou modulam essas rotas.
As enzimas funcionam frequentemente em complexos com outras proteínas, em que as interações proteína-proteína são essenciais para a atividade catalítica. Compreender essas interações pode lançar luz sobre a regulação enzimática, especificidade do substrato e rotas metabólicas, auxiliando na descoberta de medicamentos e engenharia metabólica.
Fatores de transcrição e proteínas reguladoras geralmente formam complexos para controlar a expressão gênica. Estudar as interações proteína-proteína envolvidas na regulação genética pode revelar os principais agentes no controle transcricional e fornecer informações sobre doenças ligadas à expressão genética desregulada, como diabetes e distúrbios neurodegenerativos.
As interações proteína-proteína controlam o tráfego intracelular e a localização de proteínas dentro das células. Ao decifrar essas interações, os pesquisadores podem descobrir os mecanismos subjacentes à segmentação de organela, transporte vesicular e triagem de proteínas, que são cruciais para a homeostase e função celular.
As interações proteína-proteína contribuem para a montagem de complexos macromoleculares com arquiteturas e funções específicas. Utilizando técnicas como cristalografia de raios X e microscopia crioeletrônica, é possível determinar as estruturas desses complexos. Essas análises fornecem insights em nível atômico sobre seus mecanismos de ação e apoiam o design racional de fármacos.
As interações proteína-proteína com mau funcionamento estão implicadas em inúmeras doenças, incluindo distúrbios neurodegenerativos, doenças autoimunes e doenças infecciosas. Ao estudar essas interações, os pesquisadores podem identificar potenciais alvos terapêuticos e desenvolver medicamentos que perturbam interações nocivas ou estabilizam as benéficas.
As interações proteína-proteína podem ser estudadas com várias técnicas experimentais, cada uma com vantagens e limitações únicas. As informações que esses estudos fornecem dependem do método de análise selecionado.
Alguns (mas não todos os) métodos de análise PPI mais utilizados incluem:
| Método | Descrição | Equipamento Malvern Panalytical |
|---|---|---|
| Espectroscopia por ressonância magnética nuclear (NMR) | A espectroscopia por NMR fornece informações estruturais de nível atômico, revelando detalhes sobre alterações conformacionais de proteínas após a ligação. | -- |
| Espectroscopia por massa de purificação por afinidade em tandem (TAP-MS) | A TAP fornece um complexo de proteínas purificadas que pode ser executada em um espectrômetro de massa (MS) para mapear as interações proteína-proteína. | -- |
| Interferometria acoplada a grade (GCI) | Essa tecnologia sem rótulo, em tempo real e baseada em superfície permite que os pesquisadores meçam de forma rápida e precisa as taxas cinéticas, determinem afinidade e monitorarem as concentrações até mesmo de analitos interagentes de baixa abundância em amostras brutas, como biofluidos. | |
| Ressonância plasmática de superfície (SPR) | A SPR permite o monitoramento em tempo real das interações proteicas na superfície de um chip de sensor, possibilitando a determinação precisa da cinética de ligação e afinidades. SPR é uma técnica sem rótulo que usa quantidades relativamente pequenas de material. Isso permite uma análise precisa das interações proteicas. | -- |
| Calorimetria de titulação isotérmica (ITC) | A ITC mede o calor liberado ou absorvido durante eventos de ligação, fornecendo informações termodinâmicas cruciais para a compreensão dos mecanismos de interação. | |
| Tecnologias vizinhas: | ||
| Calorimetria de varredura diferencial (DSC) | A DSC mede a estabilidade térmica das proteínas, que é útil para estudos de estabilidade, avaliações de biossimilaridade e avaliações de comparabilidade lote a lote. A DSC mede a estabilidade térmica monitorando a mudança de calor da desnaturação de uma molécula quando aquecida a uma taxa constante. | |
| Fluorimetria de varredura diferencial intrínseca (DSF) | O DSF combina as informações coloidais obtidas por DLS e SLS com os poderosos dados estruturais fornecidos pelo DSF. O DSF realiza medições de dimensionamento e agregação em rampas térmicas automatizadas, mapeando diretamente as alterações físicas das partículas aos eventos de desdobramento estrutural. | |
|
Dispersão de luz eletroforética (ELS)
|
A ELS mede a mobilidade e a carga de partículas. A DLS mede o tamanho das partículas de sistemas dispersos desde subnanômetros até vários micrômetros de diâmetro. A combinação dessas técnicas proporciona uma visão geral mais abrangente das interações proteína-proteína, que é útil para o desenvolvimento de intervenções que visam a interações moleculares específicas. | |
Os equipamentos Malvern Panalytical têm sido usados em vários estudos que analisam PPIs. Confira alguns exemplos abaixo:
A interferometria acoplada à grade (GCI) com o WAVEsystem foi usada para explorar a ligação entre vários receptores de plantas e seus ligantes, e o papel de um correceptor (SERK3). Quando os receptores individuais têm afinidades de ligação significativamente diferentes para seus respectivos ligantes, o ectodomínio SERK3 se liga aos receptores associados ao ligante com cinética de ligação semelhante.
O GCI com o sistema WAVEsystem foi utilizado para analisar interações com "miméticos de receptores" produzidos sinteticamente a partir de receptores de superfície celular, que são frequentemente de interesse como alvos de fármacos.
A calorimetria de titulação isotérmica (ITC) no MicroCal demonstrou que a alteração da espinha dorsal da proteína pode alterar a interação proteína-proteína em canais de cálcio com tensão controlada.
Este artigo revisou os usos do ITC juntamente com outras tecnologias para investigar as características dos peptídeos restritos que inibem as interações proteína-proteína.
Instrumentos bioanalíticos de última geração para descoberta de medicamentos e uso nas ciências da vida em pesquisas acadêmicas e industriais
Medição de alta sensibilidade de todos os parâmetros de ligação
Análise padrão-ouro da estabilidade de proteínas para aplicações em pesquisas
Espalhamento de luz para cada aplicação
Triagem biofísica em larga escala de última geração
