Saúde

A força motriz por trás das fábricas de proteínas celulares pode ter implicações para doenças neurodegenerativas
Os pesquisadores identificaram a força motriz por trás de um processo celular ligado a doenças neurodegenerativas, como Parkinson e doença do neurônio motor.
Por Eleanor Hall - 17/12/2020


Induzir o movimento anterógrado do lisossoma (verde) com luz leva a uma extensão rápida e significativa da rede ER (magenta). Crédito: Clemens Kaminski


Ainda há muito a aprender sobre esse sistema, que é extremamente importante para a ciência biomédica fundamental

Clemens Kaminski

Em um estudo publicado hoje na Science Advances , pesquisadores da Universidade de Cambridge mostram que minúsculos componentes dentro da célula são os motores biológicos por trás da produção eficaz de proteínas.

O retículo endoplasmático (RE) é a fábrica de proteínas da célula, produzindo e modificando as proteínas necessárias para garantir a função celular saudável. É a maior organela da célula e existe em uma estrutura semelhante a uma teia de tubos e folhas. O ER se move rapidamente e muda constantemente de forma, estendendo-se pela célula para onde for necessário em um determinado momento.

Usando técnicas de microscopia de super-resolução, pesquisadores do Departamento de Engenharia Química e Biotecnologia (CEB) de Cambridge descobriram a força motriz por trás desses movimentos - um avanço que poderia ter impacto significativo no estudo de doenças neurodegenerativas.

“É sabido que o retículo endoplasmático tem uma estrutura muito dinâmica - esticando e estendendo constantemente sua forma dentro da célula”, disse o Dr. Meng Lu, pesquisador associado do Grupo de Análise de Laser, liderado pelo Professor Clemens Kaminski.

“O ER precisa ser capaz de chegar a todos os lugares com eficiência e rapidez para realizar funções de limpeza essenciais dentro da célula, quando e onde houver necessidade. A diminuição desta capacidade está associada a doenças como Parkinson, Alzheimer, Huntington e ALS. Até agora, houve uma compreensão limitada de como o ER atinge essas mudanças rápidas e fascinantes na forma e como ele responde aos estímulos celulares. ”

Lu e seus colegas descobriram que outro componente celular detém a chave - pequenas estruturas, que se parecem com pequenas gotículas contidas nas membranas, chamadas lisossomas.

Os lisossomos podem ser considerados centros de reciclagem das células: eles capturam proteínas danificadas, quebrando-as em seus blocos de construção originais para que possam ser reutilizadas na produção de novas proteínas. Os lisossomos também atuam como centros de detecção - captando sinais ambientais e os comunicando a outras partes da célula, que se adaptam de acordo.

Pode haver cerca de 1.000 lisossomos circulando pela célula a qualquer momento e, com eles, o ER parece mudar sua forma e localização, de uma forma aparentemente orquestrada.

O que surpreendeu os cientistas de Cambridge foi a descoberta de uma ligação causal entre o movimento dos minúsculos lisossomos dentro da célula e o processo de remodelagem da grande rede ER.

“Poderíamos mostrar que é o movimento dos próprios lisossomos que força o ER a se remodelar em resposta a estímulos celulares”, disse Lu. “Quando a célula sente que há necessidade de lisossomos e ER para viajar para os cantos distais da célula, os lisossomas puxam a teia ER junto com eles, como minúsculas locomotivas.”

Do ponto de vista biológico, isso faz sentido: os lisossomas atuam como um sensor dentro da célula, e o ER como uma unidade de resposta; coordenar sua função síncrona é fundamental para a saúde celular.

Para descobrir esse vínculo surpreendente entre duas organelas muito diferentes, a equipe de pesquisa de Kaminski fez uso de novas tecnologias de imagem e algoritmos de aprendizado de máquina, que deram a eles insights sem precedentes sobre o funcionamento interno da célula. 

“É fascinante que agora possamos olhar dentro das células vivas e ver a velocidade e a dinâmica maravilhosas da maquinaria celular com tantos detalhes e em tempo real”, disse Kaminski. “Apenas alguns anos atrás, assistir organelas fazendo seus negócios dentro da célula seria impensável.”

Os pesquisadores usaram padrões de iluminação projetados em células vivas em alta velocidade e algoritmos de computador avançados para recuperar informações em uma escala mais de cem vezes menor do que a largura de um cabelo humano. Capturar essas informações em taxas de vídeo só recentemente se tornou possível.

Os pesquisadores também usaram algoritmos de aprendizado de máquina para extrair a estrutura e o movimento das redes ER e lisossomos de forma automatizada de milhares de conjuntos de dados.

A equipe estendeu sua pesquisa para examinar neurônios ou células nervosas - células especializadas com longas protuberâncias chamadas axônios ao longo das quais os sinais são transmitidos. Axônios são estruturas tubulares extremamente finas e não se sabia como o movimento da grande rede ER é orquestrado dentro dessas estruturas.

O estudo mostra como os lisossomos viajam facilmente ao longo dos axônios e arrastam o ER atrás deles. Os pesquisadores também mostram como impedir esse processo é prejudicial ao desenvolvimento de neurônios em crescimento.

Frequentemente, os pesquisadores viram eventos onde os lisossomos agiam como motores de reparo para peças desconectadas ou quebradas da estrutura ER, fundindo-as e fundindo-as em uma rede intacta novamente. O trabalho é, portanto, relevante para a compreensão dos distúrbios do sistema nervoso e seu reparo.

A equipe também estudou o significado biológico desse movimento acoplado, fornecendo um estímulo - neste caso nutrientes - para os lisossomos sentirem. Os lisossomos foram vistos movendo-se em direção a este sinal, arrastando a rede ER para trás de modo que a célula possa eliciar uma resposta adequada.

“Até agora, pouco se sabia sobre a regulação da estrutura do ER em resposta a sinais metabólicos”, disse Lu. “Nossa pesquisa fornece uma ligação entre os lisossomos como unidades de sensores que orientam ativamente a resposta ER local.”

A equipe espera que seus insights sejam inestimáveis ​​para aqueles que estudam as ligações entre a doença e a resposta celular, e que seus próximos passos sejam focados no estudo da função e disfunção do ER em doenças como Parkinson e Alzheimer.

Os distúrbios neurodegenerativos estão associados à agregação de proteínas danificadas e mal dobradas, portanto, compreender os mecanismos subjacentes da função do ER é fundamental para pesquisar seu tratamento e prevenção.  

“As descobertas do ER e dos lisossomos receberam o Prêmio Nobel há muitos anos - eles são organelas essenciais para a função celular saudável”, disse Kaminski. “É fascinante pensar que ainda há muito a aprender sobre esse sistema, que é extremamente importante para a ciência biomédica fundamental que busca encontrar a causa e a cura para essas doenças devastadoras.”

 

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