Estudo confirma papel do gene DJ-1 na doença de Parkinson

Um gene mutante chamado DJ-1 causa uma forma recessiva da doença de Parkinson, mas o mecanismo molecular ainda é pouco compreendido. Para entender como o DJ-1 hidrolisa o anidrido 3-fosfoglicérico cíclico, um metabólito celular tóxico e altamente reativo, pesquisadores japoneses realizaram simulações moleculares e análises bioquímicas, incluindo análise de mutações, confirmando o papel do DJ-1 na patogênese da doença de Parkinson hereditária.

Ao revelar os aminoácidos envolvidos em sua atividade catalítica, este trabalho estabelece as bases para futuros estudos funcionais do DJ-1. O estudo foi publicado no periódico Journal of Cell Biology.

O gene DJ-1/PARK7, associado a uma forma familiar recessiva da doença de Parkinson, codifica a proteína DJ-1, que possui potencial atividade antioxidante e protege as células de danos mitocondriais. A ela foram atribuídas uma ampla gama de funções bioquímicas – desde uma chaperona regulada por redox e reguladora transcricional até glioxilase, cisteína protease e hidrolase de anidrido 3-fosfoglicérico cíclico (cPGA) – mas sua função exata permanece obscura.

No entanto, vários fatos sobre o DJ-1 indicam que seu papel principal pode ser na hidrólise do cPGA. Essa função enzimática é consistente com a estrutura molecular do DJ-1, e a atividade éster relatada anteriormente pode refletir seu papel na hidrólise do cPGA. A instabilidade do cPGA dificulta o uso experimental desse substrato, o que limita nossa compreensão do papel do DJ-1 na conversão desse subproduto reativo da glicólise em 3-fosfoglicerato (3PG) destoxificado.

Para resolver esse mistério, uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor Noriyuki Matsuda e pelo professor associado Yoshitaka Moriwaki do Instituto de Estudos Integrados da Science Tokyo combinou simulações moleculares com análises bioquímicas e revelou o mecanismo catalítico da hidrólise de cPGA pela proteína DJ-1.

“A análise mutacional que visa identificar resíduos de aminoácidos críticos para a atividade da hidrolase cPGA tem sido até agora limitada ao resíduo C106, e nenhum modelo estrutural do complexo cPGA–DJ-1 ou mecanismo de hidrólise foi proposto”, explica Matsuda, descrevendo a motivação para seu estudo.

Para demonstrar o mecanismo molecular da hidrólise do cPGA, a equipe estudou a estrutura do complexo DJ-1 com o cPGA. Simulações de dinâmica molecular desse complexo revelaram os principais aminoácidos que formam o "sítio de ligação" do DJ-1 e são responsáveis pelo reconhecimento e ligação do cPGA.

Eles então mutaram esses resíduos de aminoácidos para elucidar os detalhes do mecanismo de hidrólise do cPGA. Esses experimentos revelaram que os resíduos E15 e E18 foram importantes para a formação da cavidade catalítica e o estabelecimento de ligações de hidrogênio com a molécula de cPGA. Os resíduos G74, G75 e C106 estiveram envolvidos na estabilização e na formação do intermediário tetraédrico na via de reação, enquanto A107 e P158 determinaram a formação de ligações de hidrogênio com grupos funcionais do cPGA e a formação do sítio de ligação do cPGA, respectivamente.

Importante destacar que os pesquisadores demonstraram que a deleção de P158 e uma mutação sem sentido em A107 (também encontrada na doença de Parkinson familiar) aboliram completamente a atividade da hidrolase DJ-1 em relação à cPGA in vitro, confirmando as consequências fisiopatológicas das mutações em DJ-1. Com base nesses resultados, a equipe propôs um novo modelo molecular de seis etapas da reação da hidrolase DJ-1.

Para avaliar a significância fisiológica do DJ-1, os pesquisadores compararam a atividade da hidrolase cPGA em células selvagens e células com deficiência de DJ-1. Nas células com deficiência de DJ-1, a atividade da hidrolase cPGA foi significativamente reduzida, levando ao acúmulo de metabólitos modificados por cPGA. Isso indica que o cPGA é o principal alvo fisiológico dos substratos conhecidos do DJ-1, e as mutações observadas resultam na perda completa da função de hidrólise do cPGA.

Resumindo suas descobertas, Moriwaki e Matsuda concluem:

"Acreditamos que o mecanismo molecular que apresentamos fornecerá uma base sólida para futuros estudos funcionais do DJ-1 e aprofundará nossa compreensão da patogênese da doença de Parkinson hereditária."