Equipe resolve mistério molecular de décadas ligado à coagulação do sangue
"A coagulação do sangue é um negócio complicado, sobretudo para aqueles que tentam entender como o corpo responde a ferimentos. Em um novo estudo, os pesquisadores relatam que eles são os primeiros a descrever em detalhe atômico a ligação química que é vital para a coagulação do sangue. Essa interação -entre um fator de coagulação e uma membrana celular - intrigou cientistas por décadas."
O estudo foi publicado online no Journal of Biological Chemistry
Pesquisadores da University of Illinois, nos Estados Unidos, conseguiram descrever em detalhes atômicos, pela primeira vez, a ligação química vital para a coagulação do sangue. A interação entre um fator de coagulação e uma membrana celular intrigou cientistas por vários anos. " Durante décadas as pessoas sabiam que as proteínas de coagulação do sangue têm que se ligar a uma membrana celular para que a reação de coagulação aconteça. Se você tira os fatores de coagulação da membrana, elas se tornam milhares de vezes menos ativas" , disse o professor James Morrissey, que conduziu o estudo com o professor Emad Tajkhorshid. Os pesquisadores combinaram o trabalho de investigação em laboratório com as simulações de um supercomputador e ressonância magnética nuclear de estado sólido (SSNMR) para visualizar o problema de todos os ângulos. Eles também fizeram uso de " balsas" minúsculas de membranas lipídicas, chamadas nanodiscos, utilizando uma abordagem desenvolvida pelo professor Stephen Sligar. Estudos anteriores haviam mostrado que cada fator de coagulação contém uma região chamada de domínio GLA, que interage com lipídios específicos nas membranas celulares para iniciar a cascata de reações químicas que levam à coagulação do sangue. Um estudo publicado em 2003 na revista Nature Structural Biology indicou que o domínio GLA se liga a um fosfolipídio especial inserido na membrana, a fosfatidilserina (PS). Outros estudos mostraram que o PS se liga fracamente ao fator de coagulação por conta própria, mas na presença de outro fosfolipídio, fosfatidiletanolamina (PE), a interação é muito mais forte. Ambos PS e PE são abundantes no interior - mas não no exterior - dos folhetos das membranas de duas camadas das células. Isto impede que os lipídios entrem em contato com fatores de coagulação no sangue. Mas, qualquer lesão que rompa as células aproxima o PS e o PE dos fatores de coagulação, iniciando uma cadeia de eventos que leva à coagulação do sangue. Os pesquisadores desenvolveram várias hipóteses para explicar por que os fatores de coagulação se ligam mais facilmente ao PS quando o PE está presente. Mas nada disso poderia explicar completamente os dados. No novo estudo, o laboratório de engenharia de Morrissey projetou nanodiscos com altas concentrações de PS e PE, e realizou testes funcionais para determinar se eles responderiam como membranas normais. "Nós descobrimos que o nanodisco é muito representativo do que realmente acontece na célula em termos de reação dos lipídios e do papel que eles desempenham", disse Morrissey. O laboratório de Tajkhorshid usou métodos avançados de modelagem e de simulação para posicionar cada átomo no sistema e simulou as interações moleculares em um supercomputador. As simulações indicaram que uma molécula PS estava ligando-se diretamente ao domínio GLA do fator de coagulação através de um aminoácido (serina) em seu grupo principal (a região não-oleosa de um fosfolipídio que orienta-se em direção à superfície da membrana). As simulações indicaram que seis outros fosfolipídios também foram se aproximando do domínio GLA. Estes lipídios, entretanto, estavam dobrando seus grupos principais para fora do caminho para que seus fosfatos, que são carregados negativamente, pudessem interagir com íons de cálcio carregados positivamente associados ao domínio GLA. "As simulações foram um avanço para nós. Elas forneceram uma visão detalhada de como as coisas se juntam durante a ligação que a membrana faz dos fatores de coagulação. Mas estas previsões tinham de ser testadas experimentalmente", disse Morrissey. O laboratório de Rienstra então analisou as amostras usando SSNMR, uma técnica que permite aos pesquisadores medir com precisão as distâncias e ângulos entre átomos individuais em moléculas grandes ou em grupos de moléculas que interagem. Sua equipe descobriu que uma em cada seis ou sete moléculas de PS estava ligada diretamente ao fator de coagulação, proporcionando um suporte experimental forte para o modelo gerado a partir das simulações. A equipe argumentou que, se os grupos principais de PE estavam simplesmente fora do caminho, então, qualquer fosfolipídio com um grupo principal suficientemente pequeno deveria funcionar tão bem como o PE, na presença de PS. Isso também explicou por que apenas uma molécula PS estava realmente ligando-se a um domínio de GLA. Os outros fosfolipídios nas proximidades também estavam interagindo com o fator de coagulação, mas de forma mais fraca. Um tipo diferente de lipídios de membrana, fosfatidilcolina (PC), que tem um grande grupo principal e é mais abundante na superfície externa das células, era conhecido por bloquear qualquer associação entre a membrana e o fator de coagulação, mesmo na presença de PS. Experimentos de acompanhamento mostraram que quaisquer fosfolipídios exceto o PC reforçavam a ligação do PS para o domínio de GLA. Isto levou à hipótese "ABC": quando o PS está presente, o domínio GLA irá interagir com "qualquer coisa, exceto a colina". Esta é a primeira revelação em nível atômico sobre como a maioria das proteínas de coagulação do sangue interagem com as membranas, uma interação que é conhecida por ser essencial para a coagulação do sangue", disse Morrissey. Os resultados oferecem novos alvos para o desenvolvimento de medicamentos de regulação da coagulação do sangue, disse ele.
The paper, “Molecular Determinants of Phospholipid Synergy in Blood Clotting,” is available online and from the U. of I. News Bureau.