Proteína isolada de levedura de padeiro mostra potencial contra células de leucemia

Proteína isolada de levedura de padeiro mostra potencial contra células de leucemia

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Anonim

Uma enzima identificada em Saccharomyces cerevisiae, vulgarmente conhecida como levedura de cerveja ou padeiro, passou em ensaios in vitro, demonstrando a sua capacidade para matar células de leucemia linfoblástica aguda (ALL).

Caracterizada por alterações malignas nas células-tronco formadoras de sangue na medula óssea, a ALL é a forma mais comum de câncer infantil. Os resultados do projeto de pesquisa são descritos por cientistas da Universidade de São Paulo e da Universidade do Estado de São Paulo em um artigo publicado na revista Scientific Reports .

"Neste estudo, caracterizamos a enzima L-asparaginase de S. cerevisiae. Os resultados mostram que essa proteína pode eficientemente aniquilar células de leucemia com baixa citotoxicidade para células saudáveis", disse Gisele Monteiro, professora da FCF-USP e principal investigadora do estudo. o estudo publicado.

A produção da enzima asparagina sintetase é deficiente em LLA e em vários outros tipos de células cancerosas, que são, portanto, incapazes de sintetizar o aminoácido asparagina. "Este tipo de célula depende de fontes extracelulares de asparagina, um aminoácido essencial para a síntese de proteínas e, portanto, de DNA e RNA. Por isso, é necessário para a divisão celular", disse Monteiro. "A asparaginase enzimática esgota este aminoácido no meio extracelular, convertendo-o em aspartato e amônia. Em pacientes com LLA, isso leva a uma queda acentuada nos níveis séricos de asparagina, dificultando a síntese protéica em células malignas e induzindo apoptose, ou células programadas morte."

Segundo Monteiro, desde a década de 1970, a LLA tem sido tratada com uma enzima semelhante à L-asparaginase descrita no estudo, mas extraída da bactéria Escherichia coli. Quando administrado com outros medicamentos, o tratamento com a enzima bacteriana pode atingir uma taxa de remissão de até 80%. No entanto, cerca de 25 por cento dos pacientes têm respostas imunológicas variando de alergia leve a choque anafilático e são incapazes de usar o biofármaco como resultado.

Como alternativa, duas outras drogas da mesma classe estão comercialmente disponíveis. Uma delas é a asparaginase de PEG, uma versão da asparaginase de E. coli que foi quimicamente modificada para prolongar o efeito do fármaco, reduzindo a excreção pelos rins e a formação de anticorpos contra a proteína. Como resultado, a dose pode ser reduzida e os efeitos colaterais adversos são mitigados. A outra droga similar, comercializada como Erwinase, também é baseada na enzima asparaginase, mas é extraída da bactéria Erwinia chrysanthemi.

"Nosso objetivo neste projeto não foi produzir a enzima, mas sim encontrar uma nova fonte da biologia em microorganismos para uso em pacientes que desenvolvem resistência à enzima bacteriana", disse Oliveira.

Para isso, os pesquisadores isolaram fungos de vários ambientes brasileiros, como o Cerrado e a Caatinga, além de ambientes marinhos e terrestres na Antártida. Segundo Oliveira, esses organismos geralmente secretam asparaginase no meio extracelular em resposta à falta de nitrogênio. "Isso reduz o custo de purificar a molécula para a produção de drogas, um fator importante do ponto de vista industrial", disse ele.

O grupo também usou ferramentas de bioinformática para extrair informações sobre os genomas de vários microorganismos de bancos de dados internacionais. Desta forma, eles identificaram um gene responsável por produzir uma enzima que se assemelha às enzimas encontradas em E. coli e E. chrysanthemi, mas com um número de vantagens, no genoma de S. cerevisiae.

Segundo Iris Munhoz Costa, o primeiro autor do estudo, muitos processos celulares essenciais são os mesmos em leveduras e humanos. Isso ocorre porque a levedura é eucariótica - suas células têm um núcleo ligado à membrana que contém o material genético, enquanto as bactérias são procarióticas e não o fazem. Acredita-se que este seja o motivo pelo qual a L-asparaginase induz uma resposta imunológica mais moderada do que as enzimas bacterianas.

O gene de interesse da L-asparaginase foi clonado, e os pesquisadores usaram engenharia genética para fazer a E. coli expressar grandes quantidades da enzima originalmente encontrada na levedura.

"Conseguimos obter a proteína recombinante", disse Costa. "Nós então realizamos estudos para caracterizar sua estrutura secundária e identificar regiões importantes chamadas de sítios catalíticos. Finalmente, avaliamos sua eficácia in vitro".

A enzima foi testada em três diferentes linhagens celulares: células leucêmicas incapazes de produzir asparagina em níveis normais (MOLT4); outra linha de células de leucemia, neste caso capaz de produzir asparagina em níveis normais (REH); e células não malignas, usadas como controle (HUVECs).

Estas três linhagens celulares diferentes foram subdivididas em dois grupos. Um foi tratado com a enzima de E. coli comercialmente disponível e o outro foi tratado com L-asparaginase a partir de levedura.

"A enzima bacteriana matou cerca de 90% das células de leucemia humana MOLT4 e mostrou baixa toxicidade para as células HUVEC saudáveis, matando apenas 10%", disse Monteiro. "A enzima de levedura matou entre 70% e 80% das células MOLT4 e apresentou menos de 10% de toxicidade para as células HUVEC. Nenhuma delas foi significativamente eficaz contra as células REH."

Em sua opinião, os resultados são encorajadores, em contraste com os estudos realizados com a mesma enzima na década de 1970. Naquela época, os testes envolviam uma versão da proteína extraída diretamente do fermento e contendo muitas impurezas.

O próximo passo do grupo é realizar novos ensaios in vitro com diferentes tipos de células para avaliar a resposta imune e a toxicidade. Se os resultados forem positivos, os primeiros testes em animais podem ser os próximos. Os pesquisadores também estão estudando possíveis modificações que poderiam ser feitas na estrutura da molécula para aumentar a atividade antitumoral e estender a meia-vida da enzima.

Além da LLA, a asparaginase também é usada para tratar cânceres mais raros, como linfossarcoma, doença de Hodgkin, leucemia linfocítica crônica, reticulosarcoma e melanosarcoma.