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Em seu maior feito biológico até agora, IA desbloqueia as proteínas complexas que guardam nosso DNA

A IA fez de novo.

Depois de resolver um dos maiores mistérios da biologia – prever a estrutura da proteína – decodificou como as proteínas se ligam em complexos e sonhou com novas estruturas de proteínas que podem ser transformadas em drogas para controlar nossa biologia básica, saúde e vida.

No entanto, quando confrontada com enormes complexos de proteínas, a IA vacilou. Até agora. Em uma façanha alucinante, um novo algoritmo decifrou a estrutura no centro da herança – um enorme complexo de cerca de 1.000 proteínas que ajuda a canalizar as instruções do DNA para o resto da célula. O modelo de IA é construído no AlphaFold pela DeepMind e RoseTTAfold do laboratório do Dr. David Baker na Universidade de Washington, que foram lançados ao público para mais experimentos.

Nossos genes estão alojados em uma estrutura semelhante a um planeta, apelidada de núcleo, para proteção. O núcleo é um castelo de alta segurança: apenas moléculas específicas podem entrar e sair para fornecer instruções de DNA para o mundo exterior – por exemplo, para fábricas de produção de proteínas na célula que traduzem instruções genéticas em proteínas.

No centro da regulação desse tráfego estão os complexos de poros nucleares, ou NPCs (wink to gamers). Eles são como pontes levadiças extremamente intrincadas que monitoram estritamente os meandros dos mensageiros moleculares. Nos livros de biologia, os NPCs geralmente se parecem com milhares de buracos de desenho animado pontilhados em um globo. Na realidade, cada NPC é uma maravilha arquitetônica maciçamente complexa, em forma de rosquinha, e um dos maiores complexos de proteínas em nossos corpos.

Por que se importar? Como enfrentar um enorme quebra-cabeça, resolver a estrutura do NPC é recompensador por si só. Mas como eles controlam como as informações de DNA são transmitidas para o resto da célula, os NPCs são essenciais para terapia genética, vacinas do tipo mRNA, CRISPR e potencialmente outros tratamentos genéticos que ainda não imaginamos.

“NPC [é] um ponto de acesso para mutações associadas a doenças e interações hospedeiro-patógeno”, disse o Dr. Di Jiang, editor sênior da Science, em um mergulho profundo em NPCs para sua última edição. “O trabalho relatado aqui representa um triunfo da biologia estrutural experimental.”

Um Enigma Estrutural
“Nuclear pores” soa como algo de um vídeo de cuidados com a pele. Mas para os biólogos celulares, eles são um enigma de décadas. “NPCs são essenciais para a vida”, explicou o Dr. Francis Collins, ex-diretor do National Institutes of Health (NIH).

Nossas fitas de DNA estão enroladas em torno de um carretel de proteína. Eles são então sequestrados dentro do núcleo, que protege o DNA de produtos químicos, vírus ou outros lixos potencialmente nocivos. Imagine embrulhar buracos de rosquinha em filme plástico de camada dupla – esse é o envelope nuclear. Agora faça alguns furos no invólucro – esses são os NPCs.

Esses “buracos na parede” aparentemente simples são guardiões críticos do controle genético nas células. Nossas células funcionam traduzindo o código de DNA em proteínas para construir tecidos físicos ou controlar funções biológicas básicas – dizendo a uma célula quando se dividir ou morrer, equilibrando o metabolismo e repelindo invasores virais.

Mas o DNA é sequestrado dentro do núcleo. Centenas de mensageiros de proteínas precisam entrar no santuário nuclear para transcrever as instruções do DNA em mRNA e transportá-lo de volta para as fábricas de produção de proteínas da célula. Cada corrida tem que ignorar os NPCs – que atuam como guardas e canais em uma estrutura.

Os cientistas há muito procuram decodificar a estrutura do NPC, usando magia bioquímica para adulterar sua função normal ou raios-X para escanear sua estrutura cristalina. O trabalho foi absolutamente meticuloso. A partir desses dados, os cientistas descobriram dois tipos principais de proteínas que formam o portão.

O primeiro tipo constrói o andaime do portão. Essas proteínas, apelidadas de NUPs (nucleoporinas), formam uma equipe para revestir o túnel. O segundo tipo age como lama viva de drywall. Essas proteínas são muito mais flexíveis, engessadas ao longo das proteínas do andaime e se estendendo até o canal central, onde podem agarrar fisicamente a carga para ajudá-la a se mover.

Composto por quase 1.000 proteínas que formam cerca de 30 “docks” diferentes, as estruturas NPC são difíceis de resolver porque mudam dinamicamente. Múltiplas proteínas, por exemplo, atuam como dobradiças interconectadas para alterar a configuração ou o tamanho dos poros. Como toda a estrutura “abraça intimamente” o envelope nuclear, os NPCs não podem ser estudados iso