Este é o LSD ligado a um receptor de serotonina de células cerebrais
Uma pequena aba de ácido na língua. Uma viagem de um dia através de alucinações e outras experiências psicadélicas variadas Pela primeira vez, pesquisadores da Faculdade de Medicina da UNC descobriram precisamente como é a droga dietilamida do ácido lisérgico (LSD) no seu estado ativo quando ligado a um receptor de serotonina humana de uma célula cerebral, e a sua primeira estrutura cristalina revelou uma grande pista para o porquê dos efeitos psicoativos do LSD durarem tanto tempo.
Bryan L. Roth, MD, PhD, o Michael Hooker Distinguished Professor of Protein Therapeutics and Translational Proteomics in the UNC School of Medicine, liderou a pesquisa, que foi publicada hoje na Cell.
“Há diferentes níveis de compreensão de como drogas como o LSD funcionam”, disse Roth. “O nível mais fundamental é descobrir como a droga se liga a um receptor em uma célula. A única maneira de fazer isso é resolver a estrutura”. E para fazer isso, você precisa de cristalografia de raio-x, o padrão ouro”
Foi o que o laboratório de Roth conseguiu – essencialmente “congelar” o LSD ligado a um receptor para que sua equipe pudesse capturar imagens cristalográficas. Acontece que, quando o LSD trava no receptor de serotonina de uma célula cerebral, a molécula de LSD fica presa no lugar porque parte do receptor se dobra sobre a molécula da droga, como uma tampa. E depois fica colocada.
“Achamos que esta tampa é provavelmente a razão pela qual os efeitos do LSD podem durar tanto tempo”, disse Roth, que tem uma consulta conjunta na Escola de Farmácia Eshelman da UNC. “O LSD leva muito tempo para chegar ao receptor e, uma vez ligado, não sai”. E a razão é esta tampa”
Eventualmente, porém, termina uma viagem ácida. Algumas moléculas de LSD saltam dos seus receptores enquanto a tampa se mexe. Além disso, células cerebrais eventualmente respondem a essa estranha molécula sugando o receptor para dentro da célula, onde ela – junto com o LSD – é degradada ou desmontada para reciclagem.
Pós-doutorandos Daniel Wacker, PhD, e Sheng Wang, PhD, conduziram os experimentos para cristalizar o LSD ligado a um receptor de serotonina e descobrir porque ele permanece ligado por tanto tempo. “A serotonina, obviamente, atinge esse receptor em células cerebrais”, disse Wacker. “Mas nossos experimentos mostram que a serotonina não interage com esta tampa da mesma forma que o LSD”
Embora outros laboratórios tenham relatado que o LSD “lava” o líquido do cérebro em quatro horas, tais experimentos não puderam determinar o que estava acontecendo nas células cerebrais ou dentro delas. O laboratório de Roth mostrou pela primeira vez que o LSD não é muito lavado dos receptores de serotonina localizados dentro da membrana das células cerebrais em poucas horas.
Embora outros laboratórios tenham relatado que o LSD “lava” fora do líquido do cérebro em quatro horas, tais experimentos não puderam determinar o que estava acontecendo dentro ou dentro das células cerebrais.
Como essa droga popular causa efeitos tão poderosos tem permanecido um mistério desde que o cientista suíço Albert Hofmann sintetizou e dosou LSD acidentalmente pela primeira vez para relatar seus efeitos em 1938. Agora, por causa do trabalho do laboratório de Roth, os cientistas podem começar a analisar como a droga provoca uma reação tão dramática no cérebro, assim como as comunidades científica e médica renovam o interesse na droga como um tratamento potencial para uma série de condições, tais como dores de cabeça, abuso de substâncias e ansiedade associada a condições de risco de vida.
Solucionando a estrutura do LSD poderia ajudar os desenvolvedores de drogas a projetar melhores drogas psiquiátricas com menos efeitos colaterais. Além disso, embora o LSD seja ilegal, ele continua sendo uma droga recreativa popular e não apenas pelos seus efeitos mais potentes. Algumas pessoas – mais notadamente desenvolvedores de tecnologia no Vale do Silício e em outros lugares – relatam “microdosagem” do LSD para aumentar a criatividade, aliviar o estresse, e ajudá-los a resolver problemas, enquanto evitam seus efeitos alucinógenos.
Uma em cada 10 pessoas nos Estados Unidos – dezenas de milhões de pessoas – relataram ter usado LSD pelo menos uma vez em suas vidas. “Cerca de 3% de todos os estudantes do ensino médio – que estão em uma idade em que seus cérebros ainda estão se desenvolvendo – relataram ter experimentado”, disse Roth. “E embora a droga seja usada há muito tempo, não sabemos muito sobre ela”
Antes de se tornar professor de farmacologia e pesquisador, Roth era um psiquiatra especializado em esquizofrenia. Ocasionalmente, os pacientes relatavam que sua primeira ruptura esquizofrênica ocorreu enquanto estavam em LSD.
“Eles nunca mais foram os mesmos”, disse Roth. “Embora isso seja raro, foi relatado. As pessoas também relatam flashbacks e o LSD é uma droga extremamente potente”. Por essas razões, juntamente com seu potencial como parte do tratamento terapêutico, o LSD é cientificamente interessante”.
Durante duas décadas, o laboratório de Roth – primeiro na Case Western Research University e depois na sua chegada à UNC em 2005 – vinha tentando cristalizar o LSD ligado ao seu receptor através de uma série de experiências tediosas e sem sucesso. Outros, também, têm tentado. Sem cristais, ninguém seria capaz de ver como seria o LSD ligado a um receptor.
“Obter cristais de um composto conhecido ligado ao seu receptor é incrivelmente difícil”, disse Roth, que também é diretor do Programa de Triagem de Drogas Psicoativas do Instituto Nacional de Saúde Mental (National Institute of Mental Health’s Psychoactive Drug Screening Program) da UNC. “Em alguns casos, é quase impossível”
Nos últimos anos, sob a orientação de Roth, a tarefa coube a Wacker, que foi o primeiro cientista a determinar a estrutura cristalina de um receptor de serotonina. Isso foi há quase quatro anos como aluno de pós-graduação no laboratório de Ray Stevens, PhD, anteriormente no Scripps Institute.
Existem algumas razões pelas quais a cristalização do LSD ligado a um receptor é difícil. A primeira é a falta de material; os receptores precisam ser produzidos no laboratório usando uma série de truques, como gerar um vírus que infecta as células e gera o receptor. Em segundo lugar, os receptores são incrivelmente flexíveis, mesmo quando compostos como o LSD estão ligados a eles; os receptores não querem ficar parados. Terceiro, ao contrário, digamos, de uma molécula de água, um receptor de serotonina é altamente complexo e composto de milhares de átomos.
“Precisamos de muitos receptores para gerar uma imagem devido ao seu pequeno tamanho – muito menor do que o comprimento de onda da luz visível”.
Wacker explicado: “Precisamos de muitos receptores para gerar uma imagem devido ao seu pequeno tamanho – muito menor do que o comprimento de onda da luz visível. Em vez disso usamos raios-x, mas para isso funcionar precisamos que todos esses receptores fiquem perfeitamente quietos, e todos eles precisam ficar quietos da mesma forma exata, e é isso que acontece nos cristais. Então, mesmo que você crie muitos receptores de serotonina e tente cristalizá-los, um receptor pode se contrair em uma direção, outro receptor pode se contrair em outra direção, um terceiro receptor pode não estar ligado ao LSD, e um quarto receptor pode ter uma tampa que se mova um pouco mais do que os outros receptores. Portanto, precisamos dissolver todos esses receptores na água e depois, lentamente, retirar a água. A temperatura tem de ser a correcta. E então precisamos empregar todos os tipos de truques experimentais para continuar tirando a água e convencer as moléculas a ficarem quietas para que elas queiram se cristalizar”
É como deixar a sopa sentar para fora durante a noite, disse Wacker. Você vai notar cristais de sal no fundo. Isso é porque o sal na sopa é dissolvido na água, mas depois, à medida que a água vai evaporando lentamente ao longo do tempo, as moléculas de sal fixam-se umas nas outras para se manterem estáveis. O resultado: cristais.
Mas os receptores de serotonina não são sopa. A obtenção de cristais de serotonina LSD levou dois anos para Wacker e colegas, mas uma vez que eles obtiveram cristais, os receptores de serotonina com LSD foram empacotados bem juntos. E isso permitiu-lhes filmar raios X nos receptores, o que lhes permitiu criar imagens de resolução atómica.
Então o investigador pós-doutoramento da UNC John McCorvy, PhD, descobriu que a tampa era a chave para o LSD estar ligado ao seu receptor de serotonina. McCorvy e colegas criaram receptores mutantes com tampas floppier, e descobriram que o LSD se ligava mais rapidamente e também se destacava mais facilmente do receptor. Eles também notaram que o menor tempo de ligação levou a diferentes padrões de sinalização dentro das células. Esses padrões diferentes provavelmente significam que os efeitos do LSD teriam sido diferentes dos efeitos típicos com a tampa firmemente presa.
Ron Dror, PhD, e sua equipe em Stanford usaram simulações de computador para confirmar que isso é o que pode acontecer quando o LSD envolve sua proteína receptora em um cérebro humano.
“Há uma droga para dor de cabeça que se liga ao mesmo receptor que o LSD”, disse Dror. “As duas drogas se ligam na mesma bolsa receptora, mas a forma dessa bolsa é diferente quando uma droga ou a outra é ligada. Usamos simulações de computador para ajudar a explicar porque as duas drogas favorecem diferentes formas de bolsas de ligação.
Outro aspecto deste trabalho computacional focado no fato de que o local receptor não é estático – o receptor e a droga são ambos altamente dinâmicos. “Eles se agitam o tempo todo, Dror disse. “Há muito tempo que se observa que as viagens de LSD são longas. As simulações ajudaram a explicar porque o receptor se agarra ao LSD por tanto tempo, apesar do fato de eles terem uma conexão tão dinâmica”
Roth disse: “Nós não defendemos o uso do LSD; é potencialmente muito perigoso”. Mas pode ter potenciais usos medicinais, alguns dos quais foram relatados na literatura médica décadas atrás. Agora que resolvemos a estrutura do LSD ligado a um receptor, estamos aprendendo o que o torna tão potente”
Wacker acrescentou: “Acho importante para a indústria farmacêutica entender que se você modificar apenas um pequeno aspecto de qualquer composto, você pode afetar a forma como ele se senta no receptor. E como resultado, você pode afetar como o composto funciona”
The National Institute of Mental Health, a Terman Faculty Fellowship, and the Michael Hooker Distinguished Chair of Pharmacology at UNC funded this research.
>O autor incluiu os associados de pesquisa da UNC.