Tecnologia Científica

Pesquisadores da Caltech resolvem estrutura de componentes celulares cruciais
Compreensão dos detalhes atômicos do complexo proteico da membrana do retículo endoplasmático
Por Lori Dajose - 22/05/2020

Rebecca Voorhees

Todas as células humanas são encerradas em uma membrana gordurosa que é incorporada com milhares de proteínas diferentes. Essas chamadas proteínas de membrana desempenham inúmeras funções, desde a regulação de nossa pressão sanguínea, a coordenação de nossas respostas imunes e o controle do disparo de neurônios em nossos cérebros. As proteínas de membrana são tão importantes que são direcionadas e reguladas por mais da metade de todos os medicamentos no mercado atualmente.

As proteínas de membrana são fabricadas primeiro dentro da célula e transportadas para uma organela chamada retículo endoplasmático (ER). Lá, as proteínas são inseridas na membrana, onde desempenham inúmeras funções. Para muitas proteínas de membrana, esse processo de inserção depende de uma estrutura complicada conhecida como complexo de proteínas de membrana ER (EMC). O CEM é evolutivamente antigo, encontrado amplamente em células eucarióticas, de fungos a seres humanos. E é explorado por vírus (potencialmente incluindo o novo coronavírus responsável pela pandemia de COVID-19) que o utiliza para construir e transportar algumas de suas próprias proteínas virais em um organismo infectado. Portanto, entender como a EMC funciona é uma parte importante da compreensão da biologia celular básica e pode oferecer pistas sobre como inibir doenças.

Agora, os cientistas da Caltech viram o EMC pela primeira vez, com uma técnica chamada microscopia crioeletrônica de partícula única - através da qual as amostras são congeladas, fotografadas no nível atômico e depois reconstruídas computacionalmente em detalhes.

"Os biólogos estruturais geralmente gostam de fazer referência a uma citação específica de Richard Feynman - parafraseando: 'Se você quer entender questões biológicas fundamentais, basta olhar para a coisa'. As instalações de crio-EM da Caltech e o trabalho em equipe dos meus tremendos membros do laboratório realmente tornaram esse trabalho possível "

Voorhees

A pesquisa foi realizada no laboratório de Rebecca Voorhees , professora assistente de biologia e engenharia biológica e investigadora do Instituto de Pesquisa Médica Heritage. Um artigo descrevendo o estudo foi publicado na revista Science em 21 de maio.

A EMC foi descoberta há cerca de 10 anos, mas até recentemente, não havia técnicas disponíveis que pudessem imaginar sua estrutura. Quando Voorhees chegou à Caltech em 2017, um de seus primeiros objetivos foi trabalhar em colaboração com a instalação de microscopia crioeletrônica da Caltech (uma das poucas instalações desse tipo no mundo) para entender como as proteínas da membrana são produzidas.

"A solução da estrutura permite responder perguntas como, no nível molecular, como a EMC insere proteínas nas membranas celulares? Como ela pode interagir com tantas proteínas diferentes? O que acontece quando esses processos dão errado no caso de uma doença?" Voorhees explica.

O novo modelo estrutural da EMC mostra como suas nove subunidades essenciais diferentes se reúnem, embora as funções de algumas das subunidades ainda não sejam compreendidas. O modelo sugere que a EMC pode fazer mais do que apenas ajudar a guiar e inserir proteínas na membrana celular; na verdade, pode ajudar as proteínas a dobrar e montar adequadamente e pode realizar verificações de "controle de qualidade". Voorhees e sua equipe agora pretendem projetar experimentos para investigar as funções dos diferentes componentes do complexo.

"Na biologia estrutural, muitas vezes nos vemos como exploradores com alvos biológicos no topo das montanhas", diz o professor de Bioquímica Bil Clemons , biólogo estrutural da Caltech que não participou do estudo. "Desde a sua descoberta, a EMC tem sido uma montanha de importância óbvia e é emocionante finalmente vê-la em toda a sua glória. É uma prova do talento do professor Voorhees e do sucesso da Caltech em fornecer os recursos que tornam possível. Essa estrutura é um marco no campo da biologia das proteínas da membrana ".

"Os biólogos estruturais geralmente gostam de fazer referência a uma citação específica de Richard Feynman - parafraseando: 'Se você quer entender questões biológicas fundamentais, basta olhar para a coisa'. As instalações de crio-EM da Caltech e o trabalho em equipe dos meus tremendos membros do laboratório realmente tornaram esse trabalho possível ", diz Voorhees.

O artigo é intitulado " Base estrutural para inserção da membrana pelo complexo de proteínas da membrana ER humana ". O estudioso de pós-doutorado da Caltech, Tino Pleiner, o estudante de graduação Giovani Pinton Tomaleri e o cientista da equipe Kurt Januszyk são os co-primeiros autores do estudo. Além de Voorhees, outros co-autores são a bolsista de pós-doutorado Alison Inglis e a estudante Masami Hazu. A pesquisa utilizou o Caltech High Performance Computing Center e o Caltech Cryo-EM Facility. O trabalho foi financiado pelo Heritage Medical Research Institute, a Kinship Foundation, a Pew-Stewart Foundation e o Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais dos Institutos Nacionais de Saúde.

 

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