Todo biólogo sabe que pequenas estruturas às vezes podem ter um grande impacto: milhões de moléculas de sinalização, hormônios e outras biomoléculas estão circulando em nossas células e tecidos, desempenhando um papel importante em muitos dos principais processos que ocorrem em nossos corpos. No entanto, apesar desse conhecimento, os biólogos e médicos por muito tempo ignoraram uma classe particular de proteínas - sua suposição é que, como as proteínas eram tão pequenas e encontradas apenas em primatas, elas eram insignificantes e sem função.

As descobertas feitas pelo professor Norbert Hübner no Max Delbrück Center e pelo Dr. Sebastiaan van Heesch no Princess Máxima Center for Pediatric Oncology na Holanda mudaram essa visão há alguns anos. "Fomos os primeiros a provar a existência de milhares de novas microproteínas em órgãos humanos ", diz Hübner.

Em um novo artigo publicado em Molecular Cell, a equipe liderada por Hübner e van Heesch agora descreve como eles estudaram sistematicamente essas miniproteínas e o que aprenderam com elas. "Conseguimos mostrar em quais sequências genômicas as proteínas estão codificadas e quando as mutações do DNA ocorreram em sua evolução", explica o Dr. Jorge Ruiz-Orera, biólogo evolutivo do laboratório de Hübner e um dos três principais autores do artigo, que trabalham no Centro Max Delbrück e no Centro Alemão de Pesquisa Cardiovascular (DZHK). As análises genéticas bioinformáticas de Ruiz-Orera revelaram que a maioria das microproteínas humanas se desenvolveu milhões de anos mais tarde no processo evolutivo do que as proteínas maiores atualmente conhecidas pelos cientistas.

No entanto, a enorme diferença de idade não parece impedir que as proteínas "conversem" umas com as outras. "Nossos experimentos de laboratório mostraram que as proteínas jovens e velhas podem se ligar umas às outras - e, ao fazê-lo, possivelmente influenciar umas às outras", diz a principal autora, Dra. Jana Schulz, pesquisadora da equipe de Hübner e do DZHK. Ela, portanto, suspeita que, ao contrário das suposições de longa data, as microproteínas desempenham um papel fundamental em uma variedade de funções celulares. As proteínas jovens também podem estar fortemente envolvidas no desenvolvimento evolutivo graças a "inovações e adaptações" comparativamente rápidas.

"É possível que a evolução seja mais dinâmica do que se pensava anteriormente", diz van Heesch.

Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que as microproteínas muito mais jovens podiam interagir com a geração muito mais velha. Esta observação veio de experimentos realizados usando um método de triagem biotécnica desenvolvido no Max Delbrück Center em 2017. Em colaboração com o Dr. Philipp Mertins e a Proteomics Platform, que o Max Delbrück Center opera em conjunto com o Berlin Institute of Health at Charité (BIH) , as miniproteínas foram sintetizadas em uma membrana e depois incubadas com uma solução contendo a maioria das proteínas conhecidas em uma célula humana. Análises experimentais sofisticadas e auxiliadas por computador permitiram aos pesquisadores identificar pares de ligação individuais.

"Se uma microproteína se liga a outra proteína, isso não significa necessariamente que influenciará o funcionamento da outra proteína ou os processos nos quais a proteína está envolvida", diz Schulz.

No entanto, a capacidade de ligação sugere que as proteínas podem influenciar o funcionamento umas das outras. Experimentos celulares iniciais conduzidos no Max Delbrück Center em colaboração com os professores Michael Gotthardt e Thomas Willnow confirmam essa suposição. Isso leva Ruiz-Orera a suspeitar que as microproteínas "poderiam influenciar processos celulares milhões de anos mais antigos do que eles, porque algumas proteínas antigas estavam presentes nas formas de vida mais primitivas".

Ao contrário das proteínas conhecidas e antigas que são codificadas em nosso genoma , a maioria das microproteínas surgiu mais ou menos "do nada - em outras palavras, de regiões do DNA que não eram previamente encarregadas de produzir proteínas", diz Ruiz-Orera. As microproteínas, portanto, não seguiram o caminho "convencional" e muito mais fácil de serem copiadas e derivadas de versões existentes. E como essas pequenas proteínas surgiram apenas durante a evolução humana, elas estão ausentes nas células da maioria dos outros animais, como camundongos, peixes e pássaros. Esses animais, no entanto, possuem sua própria coleção de proteínas jovens e pequenas.

Durante o trabalho, os pesquisadores também descobriram as menores proteínas humanas identificadas até o momento. "Encontramos mais de 200 proteínas superpequenas, todas com menos de 16 aminoácidos", diz a Dra. Clara Sandmann, terceira principal autora do estudo. Os aminoácidos são os únicos blocos de construção das proteínas. Sandmann diz que isso levanta a questão de quão pequena uma proteína pode ser – ou melhor, quão grande ela deve ser para poder funcionar. Normalmente, as proteínas consistem em várias centenas de aminoácidos .

As pequenas proteínas que já eram conhecidas pelos cientistas são conhecidas como peptídeos e funcionam como hormônios ou moléculas sinalizadoras. Eles são formados quando se separam de proteínas precursoras maiores. "Nosso trabalho agora mostra que peptídeos de tamanho semelhante podem se desenvolver de maneira diferente", diz Sandmann. Essas proteínas menores das pequenas também podem se ligar muito especificamente a proteínas maiores - mas ainda não está claro se elas podem se tornar hormônios ou algo semelhante: "Ainda não sabemos o que a maioria dessas microproteínas faz em nosso corpo", diz Sandmann .

No entanto, o estudo fornece uma ideia do que as moléculas são capazes: "Essas descobertas iniciais abrem inúmeras novas oportunidades de pesquisa", diz van Heesch. Claramente, as microproteínas são muito importantes para os pesquisadores continuarem ignorando-as. Van Heesch diz que as comunidades de pesquisa médica e biomolecular estão muito entusiasmadas com essas novas descobertas.

Um cenário concebível seria "que essas microproteínas estejam envolvidas em doenças cardiovasculares e câncer e, portanto, possam ser usadas como novos alvos para diagnósticos e terapias", diz Hübner.

Várias empresas americanas de biotecnologia já estão fazendo pesquisas nessa direção. E a equipe por trás do artigo atual também tem grandes planos: seu estudo investigou 281 microproteínas, mas o objetivo agora é expandir os experimentos para incluir muito mais das 7.000 microproteínas recentemente catalogadas - na esperança de que isso revele muitas ainda funções desconhecidas.