Dentro de todas as células vivas, conjuntos frouxamente formados conhecidos como condensados ??biomoleculares desempenham muitas funções críticas. No entanto, não é bem compreendido como as proteínas e outras biomoléculas se unem para formar esses conjuntos dentro das células.

Os biólogos do MIT descobriram agora que uma única proteína de andaime é responsável pela formação de um desses condensados, que se forma dentro de uma organela celular chamada nucléolo. Sem essa proteína, conhecida como TCOF1, esse condensado não pode se formar.

As descobertas podem ajudar a explicar uma grande mudança evolutiva, que ocorreu há cerca de 300 milhões de anos, na forma como o nucléolo é organizado. Até então, o nucléolo, cuja função é ajudar na construção dos ribossomos, era dividido em dois compartimentos. No entanto, em amniotas (que incluem répteis, aves e mamíferos), o nucléolo desenvolveu um condensado que atua como um terceiro compartimento. Os biólogos ainda não entendem completamente por que essa mudança aconteceu.

"Se você olhar através da árvore da vida, a estrutura básica e a função do ribossomo permaneceram bastante estáticas; no entanto, o processo de fazê-lo continua evoluindo. Nossa hipótese de por que esse processo continua evoluindo é que pode facilitar a montagem ribossomos, compartimentando as diferentes reações bioquímicas", diz Eliezer Calo, professor associado de biologia do MIT e autor sênior do estudo.

Agora que os pesquisadores sabem como se forma esse condensado, conhecido como centro fibrilar, poderão estudar com mais facilidade sua função nas células. As descobertas também oferecem informações sobre como outros condensados ??podem ter evoluído originalmente nas células, dizem os pesquisadores.

Ex-alunos de pós-graduação do MIT Nima Jaberi-Lashkari Ph.D. e Byron Lee Ph.D. são os principais autores do artigo, que aparece no Cell Reports . O ex-pesquisador associado do MIT, Fardin Aryan, também é autor do artigo.

Muitas funções celulares são realizadas por organelas ligadas à membrana, como lisossomos e mitocôndrias, mas condensados ??sem membrana também realizam tarefas críticas, como regulação de genes e resposta ao estresse. Em alguns casos, esses condensados ??se formam quando necessário e depois se dissolvem quando terminam sua tarefa.

"Quase todos os processos celulares essenciais para o funcionamento da célula foram associados de alguma forma à formação e atividade do condensado", diz Calo. "No entanto, não está muito claro como esses condensados ??se formam."

Em um estudo de 2022, Calo e seus colegas identificaram uma região de proteína que parecia estar envolvida na formação de condensados. Nesse estudo, os pesquisadores usaram métodos computacionais para identificar e comparar trechos de proteínas conhecidas como regiões de baixa complexidade (LCRs), de muitas espécies diferentes. LCRs são sequências de um único aminoácido repetido muitas vezes, com alguns outros aminoácidos espalhados.

Esse trabalho também revelou que uma proteína nucleolar conhecida como TCOF1 contém muitos LCRs ricos em glutamato que podem ajudar a formar estruturas biomoleculares.

No novo estudo, os pesquisadores descobriram que sempre que o TCOF1 é expresso nas células, formam-se condensados. Esses condensados ??sempre incluem proteínas geralmente encontradas em um determinado condensado conhecido como centro fibrilar (FC) do nucléolo. O FC é conhecido por estar envolvido na produção de RNA ribossômico, um componente chave dos ribossomos, o complexo celular responsável pela construção de todas as proteínas celulares.

Porém, apesar de sua importância na montagem dos ribossomos, o centro fibrilar surgiu há apenas cerca de 300 milhões de anos; organismos unicelulares , invertebrados e os primeiros vertebrados (peixes) não o possuem.

O novo estudo sugere que o TCOF1 foi essencial para essa transição de um nucléolo "bipartido" para "tripartido". Os pesquisadores descobriram que sem o TCOF1, as células formam apenas dois compartimentos nucleolares. Além disso, quando os pesquisadores adicionaram TCOF1 a embriões de zebrafish , que normalmente têm nucléolos bipartidos, eles puderam induzir a formação de um terceiro compartimento.

“Mais do que criar esse condensado, o TCOF1 reorganizou o nucléolo para adquirir propriedades tripartidas, o que indica que qualquer química que esse condensado trouxesse para o nucléolo era suficiente para mudar a composição da organela”, diz Calo.

Os pesquisadores também descobriram que a região essencial do TCOF1 que o ajuda a formar andaimes são as regiões de baixa complexidade ricas em glutamato. Esses LCRs parecem interagir com outras regiões ricas em glutamato de moléculas vizinhas de TCOF1, ajudando as proteínas a se montarem em um andaime que pode atrair outras proteínas e biomoléculas que ajudam a formar o centro fibrilar.

"O que é realmente empolgante neste trabalho é que ele nos dá uma alça molecular para controlar um condensado , introduzi-lo em uma espécie que não o possui e também eliminá-lo em uma espécie que o possui. Isso pode realmente ajudar podemos desbloquear a relação estrutura-função e descobrir qual é o papel do terceiro compartimento", diz Jaberi-Lashkari.

Com base nas descobertas deste estudo, os pesquisadores levantam a hipótese de que os condensados ??celulares que surgiram no início da história evolutiva podem ter sido originalmente construídos por uma única proteína, já que o TCOF1 protege o centro fibrilar, mas evoluiu gradualmente para se tornar mais complexo.

“Nossa hipótese, apoiada pelos dados do artigo, é que esses condensados ??podem se originar de uma proteína-esqueleto que se comporta como um único componente e, com o tempo, tornam-se multicomponentes”, diz Calo.

A formação de certos tipos de condensados ??biomoleculares também tem sido associada a distúrbios como ALS, doença de Huntington e câncer.

“Em todas essas situações, o que nosso trabalho coloca é a questão de por que essas montagens estão se formando e qual é o andaime nessas montagens? tratar essas doenças", diz Lee.