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O que a ciência sabe sobre a oxidação de proteínas

Autores: Maria Célia Wider

12 abr, 2021
E o desafio de estabelecer proteínas oxidadas como biomarcadores de doenças

Em condições fisiológicas, as proteínas talvez sejam o principal alvo de radicais livres e oxidantes, aos quais os sistemas biológicos são constantemente expostos. Isso porque as proteínas são componentes essenciais da maioria dos sistemas biológicos e reagem rapidamente com muitos oxidantes. O acúmulo de proteínas oxidadas tem sido associado ao envelhecimento e a diversas doenças. No entanto nem sempre as modificações oxidativas significam danos. Em alguns casos, mudanças no estado redox das proteínas estão envolvidas em vias de sinalização em resposta a alterações metabólicas ou ambientais. Proteínas oxidadas também poderiam ser marcadores para o diagnóstico e acompanhamento da progressão de patologias.

“A sistematização do estudo de proteínas oxidadas tem 40 anos. Fiz uma pesquisa no PubMed e encontrei 115 mil artigos com dados e 12 mil revisões sobre isso. Especificamente sobre modificações oxidativas, são 28 mil artigos e 3.500 revisões na última década. Por isso resolvi explorar o tema, tentando fazer uma integração do conhecimento sobre oxidação de proteínas voltado para a fisiopatologia humana”, conta a pesquisadora Marilene Demasi, do Instituto Butantan e do CEPID Redoxoma, que coordenou um extenso artigo de revisão publicado no periódico Antioxidants & Redox Signaling. Vários pesquisadores do Redoxoma e pesquisadores uruguaios envolvidos no estudo da oxidação de proteínas são coautores do artigo.

As proteínas são o principal componente estrutural de todas as células, sendo as moléculas mais abundantes no corpo, com exceção da água. São formadas por um conjunto de 20 aminoácidos, arranjados em sequências específicas variadas, e participam de praticamente todos os processos celulares. Proteínas atuam como catalisadoras, no caso das enzimas; ajudam na contração muscular - actina e miosina; protegem o organismo na forma de anticorpos; atuam como pigmentos, as opsinas, por exemplo; e garantem o transporte de gases como a hemoglobina. Além disso, vários hormônios, como a insulina, o hormônio folículo-estimulante (FSH) e o hormônio luteinizante (LH) são proteínas.

A exposição de moléculas biológicas a oxidantes é inevitável. Oxidantes biológicos, como o radical superóxido, peróxido de hidrogênio, óxido nítrico, peroxinitrito, ácido hipocloroso, entre outros, são formados em nosso organismo seja deliberadamente, por exemplo, para matar patógenos invasores ou como intermediários em reações enzimáticas, seja não intencionalmente, por exemplo, via vazamento de elétrons das cadeias de transporte de elétrons, metabolismo de drogas, exposição a produtos químicos, poluentes e radiação. A formação desses oxidantes e suas reações são em parte limitados por nosso sistema de defesas antioxidantes. Mesmo assim, os oxidantes podem causar danos a todos os componentes dos sistemas biológicos, incluindo lipídios, proteínas e DNA.

Oxidações são responsáveis por mudanças na estrutura, função e turnover das proteínas, resultando em perda ou ganho de atividade. Embora a extensão dos danos e sua importância biológica variem, pode-se dizer que a maioria das modificações é prejudicial. Há muitos exemplos na literatura associando a oxidação de proteínas com patologias como doença de Alzheimer, doenças cardiovasculares e catarata. Além disso, há várias evidências de que, com o envelhecimento, há um aumento da oxidação de proteínas, com diminuição da atividade e da degradação. No artigo, os pesquisadores abordaram todas as modificações deletérias descritas até o momento, com foco no produto final e não na etiologia da oxidação.

As oxidações reversíveis também foram extensamente analisadas. Elas ocorrem em aminoácidos que contêm enxofre, como cisteína e metionina, e que estão envolvidos na catálise e na sinalização celular. “As oxidações reversíveis podem estar modulando um momento celular em que há perda de capacidade redutora e alteração de metabolismo. Quando a célula restabelece a homeostase e essa proteína volta ao estado nativo, algumas das alterações tem um aspecto de moduladoras de atividade”, explica Demasi.

No entanto, os autores afirmam que faltam dados quantitativos que correlacionem proteínas oxidadas específicas com o desenvolvimento e progressão de condições patológicas e ressaltam ser necessário compreender os mecanismos subjacentes a essas modificações, bem como o destino das proteínas modificadas.

Proteínas oxidadas podem ter dois destinos: elas são degradadas e eliminadas num processo chamado proteólise, ou, caso não sejam eliminadas, formam agregados proteicos. A proteólise seria a melhor via para a manutenção da homeostase celular, enquanto a agregação está associada a patologias humanas.

Perspectivas

Um biomarcador é qualquer substância, estrutura ou processo que pode ser medido no corpo ou em seus produtos para se diagnosticar e acompanhar a evolução de uma doença. Proteínas oxidadas podem ter esse papel, mas, por ora, há poucos resultados na literatura quando se trata de estudos em humanos. No artigo, os pesquisadores mostram um levantamento detalhado de modificações em proteínas relacionadas a patologias humanas.

No entanto, a possibilidade do uso de proteínas oxidadas como marcador de doenças esbarra em desafios técnicos. Segundo a professora Ohara Augusto, do Instituto de Química da USP e do Redoxoma e coautora do artigo, as metodologias para detectar, identificar e quantificar proteínas oxidadas ainda são limitadas e só recentemente os cientistas começaram a usar a espectrometria de massas para esse fim. “A dificuldade é como aplicar esses métodos em uma pessoa doente. Para que as proteínas oxidadas sejam um marcador de doenças, seriam necessários métodos não invasivos que permitissem medir e acompanhar a evolução de uma determinada doença.”

Ainda sobre metodologias, outro tópico discutido no artigo é a possibilidade de utilização de ferramentas para lidar com grandes bancos de dados, ainda pouco explorada. “A biologia redox hoje tem muito dado. Em relação às proteínas, essas ferramentas de biologia de sistemas, bem como agora a inteligência artificial, ainda não são ferramentas utilizadas nessa abordagem”, afirma Demasi.

A boa notícia é o surgimento de uma nova técnica terapêutica, chamada proteolysis-targeting chimeras (PROTACs), que permite que se escolha a proteína a ser degradada. Essa técnica já vem sendo utilizada no tratamento de câncer e existe a expectativa de que seja eficaz para tratar doenças neurodegenerativas. Segundo os pesquisadores, vários estudos vêm demonstrando o uso dessa técnica para degradar proteínas propensas a formar agregados. Em princípio, essa abordagem pode ser estendida à degradação de qualquer proteína.

Para o futuro, os pesquisadores apostam em estudos que aprofundem o conhecimento básico, com ênfase em quantificação, e empreguem abordagens emergentes para estabelecer conexões mais confiáveis entre a biologia redox e condições patológicas específicas.

O artigo Oxidative Modification of Proteins: From Damage to Catalysis, Signaling and Beyond, de Marilene Demasi, Ohara Augusto, Etelvino J. H. Bechara, Renata N. Bicev, Fernanda M. Cerqueira, Fernanda M. da Cunha, Ana Denicola, Fernando Gomes, Sayuri Miyamoto, Luis E.S. Netto, Lía M. Randall, Cassius V. Stevani e Leonor Thomson, pode ser lido aqui.


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