DeepTMHMM2 enables accurate prediction of transmembrane protein topology and subcellular location

Dentro de cada célula viva, uma barreira fina e oleosa separa o mundo interior do exterior. Esta barreira, conhecida como membrana, não é apenas uma parede, mas um porteiro dinâmico que controla o que entra e sai. Para funcionar, as células dependem de proteínas especiais que se situam dentro desta membrana, atuando como canais, sensores ou âncoras. Algumas dessas proteínas estendem-se por toda a barreira, como um túnel perfurando uma montanha, enquanto outras situam-se na superfície ou mergulham apenas parcialmente. Os cientistas há muito tempo conseguem mapear as proteínas que atravessam completamente a membrana, identificando os segmentos que perfuram a membrana e determinando para que lado estão voltados. No entanto, uma parte significativa destas estruturas moleculares permanecia um mistério: as partes que pairam perto da superfície ou que mergulham sem nunca atravessar totalmente para o outro lado. Compreender a forma e a localização completas destas proteínas é crucial porque a sua estrutura dita como elas funcionam e, sem um mapa completo, a nossa compreensão de como as células operam permanece fragmentada.

Os investigadores desenvolveram agora uma nova ferramenta chamada DeepTMHMM2 para resolver esta peça em falta do puzzle. Embora os métodos anteriores pudessem prever com precisão os segmentos de uma proteína que atravessam toda a membrana, falharam ao identificar as inserções parciais mais subtis. Estes segmentos parciais incluem regiões reentrantes, que mergulham na membrana e voltam a sair sem atravessar, e hélices interfaciais, que se situam ao longo da fronteira da membrana sem a penetrar totalmente. O novo sistema é o primeiro a prever com sucesso estes segmentos de não-travessia juntamente com os tradicionais. Além disso, vai um passo além ao determinar exatamente a qual das dezassete diferentes membranas biológicas numa célula pertence uma proteína, em vez de apenas supor que está em "uma" membrana. Ao treinar com vastas quantidades de dados, a ferramenta aprendeu a reconhecer os padrões complexos que definem estas estruturas esquivas, alcançando uma alta precisão nos segmentos de travessia padrão, enquanto dominava simultaneamente estas características anteriormente negligenciadas.

Quando os investigadores aplicaram esta nova ferramenta a uma base de dados massiva de proteínas conhecidas, os resultados revelaram uma verdade surpreendente sobre a arquitetura da vida. Descobriram que estes segmentos de não-travessia não são anomalias raras, mas sim uma característica comum do proteoma transmembranar. De facto, a análise mostrou que as hélices interfaciais estão presentes em quase um quarto de todas as proteínas que atravessam a membrana em forma de espiral. Esta descoberta altera a imagem de como estas proteínas são construídas, mostrando que são muito mais complexas e variadas do que anteriormente se pensava. A ferramenta aprendeu com sucesso a prever estes elementos adicionais, provando que as fronteiras das proteínas de membrana não são apenas linhas simples de entrada e saída, mas incluem uma paisagem rica de interações parciais que são essenciais para a função biológica.