Uma proteína, dois estados activados pela luz
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Investigadores de Bochum e Regensburg descobriram que um canal iónico sensível à luz da alga Guillardia theta tem dois estados activados pela luz. O segundo estado recentemente descoberto garante que o canal iónico pode ser reaberto muito rapidamente depois de ter sido fechado. Isto torna-o interessante para a optogenética, um método utilizado pelos investigadores para controlar especificamente a atividade das células nervosas utilizando a luz.
A equipa liderada pela Dra. Kristin Labudda e pelo Professor Associado Dr. Carsten Kötting, do Departamento de Biofísica da Ruhr-Universität Bochum, e pelo Prof. Dr. Till Rudack, da Universidade de Regensburg, apresentou os seus resultados na revista Communications Biology.
Optogenética com potencial terapêutico
Na optogenética, determinadas células nervosas são geneticamente modificadas de modo a produzirem proteínas sensíveis à luz de outros organismos. A atividade das células nervosas modificadas pode então ser controlada através da luz. "Se a luz for dirigida a estas proteínas, elas alteram a sua estrutura e activam ou inibem as células", explica Till Rudack.
Há já algum tempo que os investigadores fazem experiências com a optogenética para o tratamento de certas doenças. "A optogenética é um método novo e prometedor, por exemplo, para o tratamento da doença de Parkinson", diz Carsten Kötting. "Pode ser utilizada para reativar células nervosas danificadas no cérebro e restaurar parcialmente as capacidades motoras". No entanto, ainda há um longo caminho a percorrer até que o procedimento possa ser estabelecido na prática clínica quotidiana. Por isso, equipas de todo o mundo estão a trabalhar para compreender melhor as proteínas sensíveis à luz e identificar os candidatos ideais para a optogenética.
Uma proteína bem estudada é o canal iónico GtACR1 da alga Guillardia theta, uma chamada canal rodopsina, que serve de sensor de luz para a alga. Quando o GtACR1 é ativado pela luz, o poro do canal abre-se e os iões de carga negativa, como o cloreto, fluem através dele.
Canal iónico particularmente eficiente
No estudo atual, os investigadores de Bochum e Regensburg mostraram porque é que o GtACR1 é tão eficiente. Analisaram o canal iónico utilizando a espetroscopia de infravermelhos com transformada de Fourier, que pode ser utilizada para registar os estados estruturais das proteínas. O grupo demonstrou que o GtACR1 tem dois estados activados pela luz: o conhecido estado fundamental e um estado intermédio adicional chamado O-intermédio. Na escuridão, está presente o estado fundamental, do qual emerge o fotociclo normal quando o canal é ativado pela primeira vez pela luz, como acontece com outras rodopsinas de canal. No decurso deste ciclo, são atravessadas várias fases intermédias ou os chamados intermediários, que diferem na sua estrutura e condutividade iónica. Um deles é o intermediário O, que precede o estado fundamental em vários segundos. No entanto, ao contrário de outras rodopsinas de canal, o retinal - o bloco de construção que serve como sensor direto de luz - é ativado pela luz na GtACR1 devido à configuração do retinal presente no intermediário O.
"O segundo estado ativado pela luz que descobrimos garante que o canal pode ser reaberto de forma particularmente rápida, o que aumenta significativamente a sua condutividade iónica", explica Kristin Labudda. Para aplicações em optogenética, a maior condutividade iónica significa que é possível reagir de forma muito precisa aos estímulos e que as células podem ser controladas de forma mais direcionada. Isto abre novas possibilidades para aplicações optogenéticas. "Com o nosso trabalho, descobrimos pela primeira vez uma canal rodopsina com vários estados activados pela luz", resume Carsten Kötting. "Deverá ser possível gerar outros estados activados pela luz noutras rodopsinas através de mutações, aumentando assim a sua eficácia. Estas descobertas podem abrir caminho para ferramentas ainda mais eficientes na optogenética - com perspectivas promissoras para a investigação e a medicina."
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