Assim como o espaço guarda infinitos mistérios, quando ampliamos ao nível das biomoléculas (um trilhão de vezes menor que um metro), ainda há muito o que aprender.
Catherine Royer, do Instituto Politécnico Rensselaer, Professora da Constellation Chair de Bioinformática e Biocomputação no Shirley Ann Jackson, Ph.D. Centro de Biotecnologia e Estudos Interdisciplinares (CBIS) e professor de ciências biológicas, dedica-se a entender as paisagens conformacionais de biomoléculas e como elas modulam a função celular. Quando as biomoléculas recebem certos insumos, isso pode fazer com que os átomos se reorganizem e a biomolécula mude de forma. Essa mudança na forma afeta sua função nas células, portanto, entender a dinâmica conformacional é fundamental para o desenvolvimento de medicamentos.
Em pesquisa publicada recentemente no Anais da Academia Nacional de Ciências, Royer e sua equipe examinaram a dinâmica conformacional de um ácido ribonucléico de transferência humana (tRNA) sob alta pressão hidrostática. A alta pressão levou a um aumento da população dos estados excitados por tRNA que normalmente existem em níveis muito baixos, permitindo novos insights sobre a função do tRNA.
“Estamos interessados em observar os estados excitados porque eles levam a conformações fora daquelas que podem ser determinadas por cristalografia de raios-X, ressonância magnética nuclear (NMR) ou microscopia eletrônica”, disse Royer. “Estamos começando a entender que existem muito mais estruturas biomoleculares do que se pensava e, para o desenvolvimento da terapêutica, precisamos entender como são esses estados.”
Para esta pesquisa, Royer usou tRNA humano em vez de proteínas, que são o que ela normalmente estuda. “Não tem havido muito trabalho feito em estados excitados de grandes moléculas de RNA, então é isso que torna esta pesquisa única”, disse Royer.
Royer e sua equipe aprenderam que os estados excitados não apenas desempenham um papel na função normal dos tRNAs para a tradução de proteínas do RNA mensageiro, mas provavelmente também desempenham um papel na infecção pelo HIV. O HIV infecta cerca de 1,5 milhão de pessoas em todo o mundo a cada ano.
“O NMR revelou que as ligações de hidrogênio que mantêm o tRNA juntos são enfraquecidas nesses estados excitados”, disse Royer. “A dispersão de raios-X de pequeno ângulo em alta pressão, que fizemos no CHESS, revelou que a forma do tRNA mudou nesses estados excitados. As áreas que foram alteradas pela pressão também são as áreas que foram sequestradas pelo HIV. durante a infecção.” CHESS, ou Cornell High Energy Synchrotron Source, é uma instalação de radiação síncrotron de última geração e a única nos EUA que permite medições de espalhamento de raios X de baixo ângulo de alta pressão (SAXS) em biomoléculas.
Royer e sua equipe supõem que as configurações do estado excitado do tRNA que observaram sob pressão podem ser exploradas pelo RNA viral invasor para iniciar a transcrição reversa do HIV. Este processo está ligado à infecciosidade do vírus.
“A pesquisa da Dra. Royer, junto com sua equipe, pode aumentar nossa compreensão de como o HIV se espalha”, disse Deepak Vashishth, diretor do CBIS. “Além disso, mais de 80% da biomassa microbiana na Terra existe em alta pressão. Entender como as sequências biomoleculares são adaptadas para funcionar em ambientes de alta pressão produzirá novas abordagens para o desenvolvimento de biomoléculas mais resistentes e ativas para a biotecnologia.”
“É um momento emocionante para estar em biologia estrutural de alta pressão”, disse Richard Gillilan do CHESS. “As pessoas sabem há algum tempo que as biomoléculas fazem coisas interessantes sob pressão extrema, mas, até muito recentemente, tecnologias como NMR de alta pressão e SAXS simplesmente não estavam disponíveis para a comunidade de pesquisa em geral. Agora, podemos começar a ver que pressão faz em detalhes moleculares, e há muito interesse de vários campos científicos, incluindo a biomedicina.”