Rastreadores de Moléculas Únicas Revelam Funcionamento de Proteínas Relacionadas ao Câncer

O Avanço Tecnológico na Imagem de Moléculas Únicas

Usando um poderoso método de imagem de moléculas únicas que desenvolveram, uma equipe de pesquisa do Broad Institute de MIT e Harvard revelou uma visão dinâmica de como algumas proteínas relacionadas ao câncer interagem em células vivas. A técnica se baseia em sondas de nanopartículas altamente estáveis que iluminam individualmente as moléculas por longos períodos de tempo. Os pesquisadores utilizaram seu método para observar, pela primeira vez, receptores individuais enquanto se movimentam ao longo da membrana celular, unindo-se e se soltando de outros receptores para alterar o sinal dentro da célula.

Este trabalho, descrito na revista Cell, demonstra o potencial do método para investigar outros receptores e moléculas, além de aprimorar a triagem de medicamentos para entender melhor os efeitos das terapias em células vivas.

A Inovação das Nanopartículas Upconverting

Com as suas sondas fotostáveis, a equipe do pesquisador Sam Peng, membro do core do Broad Institute e professor assistente de química no MIT, consegue mapear toda a vida útil dessas moléculas em seu ambiente nativo e observar coisas que nunca foram observáveis antes. “Nossa técnica soluciona um problema com os agentes de contraste existentes utilizados no rastreamento de moléculas únicas, como corantes, que se queimam após alguns segundos sob a luz do laser em um fenômeno conhecido como fotodegradação”, afirma Peng.

Para uma visão mais longa e rica, o laboratório de Peng desenvolveu sondas duradouras, conhecidas como nanopartículas upconverting, que emitem sinais estáveis sob excitação de laser. Essas nanopartículas contêm íons de terras raras que continuam a luminescer por minutos, horas e potencialmente anos. Além disso, ao alterar o tipo e as doses dos íons, os cientistas podem projetar sondas que emitem em várias cores diferentes, permitindo o rastreamento de muitos alvos em um único experimento.

Foco nos Receptores da Família EGFR

No estudo atual, os pesquisadores se concentraram na biologia nova focando na família de receptores EGFR, que foram ligados a vários tipos de câncer. Em colaboração com os especialistas em EGFR Matthew Meyerson e Heidi Greulich do Programa de Câncer da Broad, os pesquisadores sabiam que os receptores EGFR precisam se emparelhar ou "dimerizar" para iniciar a sinalização dentro da célula, mas queriam aprender mais sobre a dinâmica dessas ligações.

Personalizando suas nanopartículas upconverting para marcar EGFR e os receptores relacionados HER2 e HER3, que estão associados ao câncer, a equipe de pesquisa conseguiu rastrear esses moléculas em células humanas vivas. Os pesquisadores observaram que, quando ativados com uma molécula estimulante, os receptores EGFR podem se emparelhar e permanecer dimerizados por vários minutos — algo que não era observável usando os corantes tradicionais.

Implicações Clínicas e Futuras Direções

O estudo revelou que, quando as moléculas de EGFR apresentavam mutações relacionadas ao câncer, os dimerizadores se tornaram mais estáveis, e mutações mais estabilizadoras estão ligadas a cânceres mais potentes. Além disso, os receptores mutados podiam formar dimerizações estáveis mesmo sem um estímulo externo. Esse achado ajuda a explicar como as mutações de EGFR podem levar ao crescimento celular descontrolado e ao câncer, e pode informar esforços para direcionar esse processo terapeuticamente.

A equipe também descobriu vários outros detalhes novos e surpreendentes sobre como HER2 e HER3 formam ligações estáveis consigo mesmos, esclarecendo o papel dessas moléculas em cânceres relacionados. Quando a equipe de pesquisa marcou os três tipos de receptores em um único experimento, eles observaram uma cena vibrante com receptores navegando pela superfície celular, encontrando parceiros, se desvinculando e depois encontrando novos parceiros repetidamente.

Além de iluminar a biologia do EGFR, os cientistas esperam que colaboradores de outras áreas apliquem seu método para fazer novas perguntas científicas sobre outras proteínas de interesse. “Acreditamos que essa técnica pode ser transformadora para o estudo da biologia molecular, pois permite que processos biológicos dinâmicos sejam observados com alta resolução espaço-temporal ao longo de escalas de tempo sem precedentes”, afirma Peng.

Além disso, eles planejam explorar o uso do método no estudo do mecanismo de ação de medicamentos, para revelar como terapias potenciais alteram as moléculas individuais ao longo do tempo. A equipe continuará a aprimorar seus métodos, como tornar as sondas menores, mais brilhantes e capazes de emitir mais cores.