Quantitative characterization of PP2A-derived peptides modulating the LRRK2:PP2A protein-protein interaction

A doença de Parkinson é uma condição progressiva que erode lentamente a capacidade do cérebro de controlar o movimento, afetando milhões de pessoas em todo o mundo. Atualmente, não existe um tratamento que possa interromper ou reverter o curso da doença; as terapias existentes apenas gerem os sintomas. Uma pista importante para compreender o que corre mal reside numa proteína chamada LRRK2. Em muitos casos de Parkinson, esta proteína torna-se hiperativa, impulsionando a morte de células cerebrais. A atividade da LRRK2 é controlada por um interruptor químico: quando certas partes da proteína são marcadas com grupos fosfato, ela permanece calma e no lugar correto dentro da célula. Quando estas marcas são removidas, a proteína torna-se hiperativa e desloca-se para locais perigosos. A maquinaria celular responsável pela remoção destas marcas é um grupo de enzimas conhecidas como fosfatases, especificamente uma equipa chamada PP2A. Se os cientistas conseguissem impedir que a PP2A interagisse com a LRRK2, poderiam conseguir manter as marcas de fosfato protetoras no lugar, potencialmente retardando a doença. No entanto, simplesmente desligar a PP2A é demasiado perigoso porque ela é essencial para muitas outras funções saudáveis no corpo. O desafio é encontrar uma forma de bloquear apenas o aperto de mão específico entre a LRRK2 e a PP2A sem perturbar o resto da célula.

Investigadores da Universidade de Lille, em França, deram um passo significativo para resolver este problema ao identificar e testar pequenos pedaços da proteína PP2A que atuam como iscos. A equipa focou-se em duas cadeias específicas de aminoácidos, que são os blocos de construção das proteínas, provenientes da enzima PP2A. Eles queriam ver se estas pequenas cadeias poderiam ligar-se à LRRK2 e impedir que a enzima PP2A completa se ligasse a ela. Utilizando uma técnica sensível que mede a força com que as moléculas se aderem, os cientistas descobriram que estas cadeias de peptídeos se ligam, de facto, à LRRK2. Uma das cadeias, chamada HT16, ligou-se com uma força que sugere que poderia ser uma ferramenta útil para o desenvolvimento de fármacos, enquanto a outra, QA16, se ligou de forma mais fraca isoladamente.

A descoberta mais surpreendente surgiu quando os investigadores testaram o que acontecia quando ambas as cadeias estavam presentes ao mesmo tempo. Em vez de apenas somarem os seus efeitos individuais, as duas cadeias trabalharam de uma forma cooperativa. Quando ambas foram misturadas com a LLRK2, a força de ligação do par aumentou dramaticamente, tornando-se sete vezes mais forte do que quando cada uma foi testada sozinha. Isto sugere que as duas cadeias se prendem a dois pontos diferentes da proteína LRRK2 e que, quando uma está ligada, altera a forma da proteína de modo a facilitar muito a ligação da segunda cadeia. Este comportamento cooperativo indica que os dois pontos estão próximos um do outro e influenciam-se mutuamente, uma característica que pode ser explorada para conceber inibidores muito mais potentes no futuro.

Para verificar se estas descobertas se mantinham num ambiente vivo, a equipa passou dos tubos de ensaio para células humanas cultivadas num laboratório. Introduziram as cadeias de peptídeos nestas células e observaram se conseguiam interromper a parceria natural entre a LRRK2 e a PP2A. Os resultados mostraram que a cadeia QA16 foi particularmente eficaz, conseguindo afastar com sucesso a enzima PP2A da LRRK2 em cerca de metade dos casos. A cadeia HT16, embora se tenha ligado bem no tubo de ensaio, não mostrou a mesma capacidade de romper o complexo dentro da célula quando utilizada sozinha. No entanto, quando os investigadores analisaram o código genético da enzima PP2A para prever exatamente onde estas cadeias se situam, descobriram que as duas cadeias estão localizadas na superfície da proteína de uma forma que as torna acessíveis para a interação. Ao fazer pequenas alterações na estrutura da proteína PP2A, os cientistas confirmaram que pontos específicos da proteína são críticos para esta ligação, validando a ideia de que estas pequenas cadeias são, de facto, fundamentais para a conexão.

O estudo também explorou se estas cadeias de peptídeos poderiam prevenir a perda das marcas de fosfato protetoras na LRRK2. Nas células, os investigadores utilizaram um fármaco para forçar a remoção destas marcas, simulando as condições observadas no Parkinson. Embora os peptídeos não tenham conseguido travar completamente este processo sob as condições específicas testadas, um deles mostrou uma tendência para manter as marcas presentes quando as células estavam em repouso. Isto sugere que, embora os peptídeos ainda não sejam uma cura completa, têm o potencial de preservar o estado saudável da proteína. Os investigadores utilizaram modelação computacional avançada para visualizar como as proteínas poderiam encaixar-se, identificando átomos específicos na enzima PP2A que atuam como pontos quentes para a interação. Confirmaram estas previsões alterando esses átomos específicos e observando o enfraquecimento da ligação, provando que os seus modelos computacionais eram precisos o suficiente para orientar experiências do mundo real.

Este trabalho fornece o primeiro mapa detalhado e quantitativo de como a enzima PP2A agarra a LRRK2. Vai além do simples conhecimento de que as duas proteínas interagem, passando a compreender exatamente quais as partes das proteínas que se tocam e quão forte é esse toque. A descoberta de que duas pequenas cadeias podem trabalhar juntas para se ligarem muito mais fortemente oferece uma nova estratégia para o design de fármacos. Em vez de tentar construir uma única molécula que bloqueie toda a interação, os cientistas podem ser capazes de criar uma única molécula maior que combine as características de ambas as cadeias para se prender à LRRK2 com extrema precisão. Embora estes peptídeos ainda não sejam um tratamento para os pacientes, servem como poderosas ferramentas moleculares. Eles provam que é possível visar esta interação específica sem desligar todo o sistema PP2A, abrindo um caminho claro para o desenvolvimento de terapias que possam manter a LRRK2 sob controlo e proteger o cérebro dos estragos da doença de Parkinson.