Tecnologia Científica

Dentro do canal de proteína que mantém as bactérias vivas
As descobertas lançam luz sobre proteínas- chave da membrana em bactérias, e o mesmo método pode ser usado para melhorar nossa compreensão de canais semelhantes em humanos.
Por Rockefeller University - 13/04/2021


A proteína do canal MSCS (rosa) com seus lipídios associados (verde escuro, verde claro, vermelho) incorporados em um nanodisco (cinza). Crédito: Rockefeller University

Quase todas as bactérias contam com as mesmas válvulas de emergência - canais de proteína que se abrem sob pressão, liberando um dilúvio de conteúdo celular. É um último esforço, um sistema de segurança que evita que as bactérias explodam e morram quando esticadas até o limite. Se entendêssemos como esses canais de proteína funcionavam, antibióticos poderiam ser projetados para abri-los quando necessário, drenando os nutrientes de uma bactéria ao explorar uma comporta comum a muitas espécies. 

Mas esses canais são difíceis de operar no laboratório. E quão precisamente eles abrem e fecham, passando por um estado subcondutor e terminando em um estado dessensibilizado sob a influência de forças mecânicas, permanece mal compreendido. Agora, uma nova pesquisa do laboratório de Thomas Walz de Rockefeller apresenta um novo método para ativar e visualizar esses canais, tornando possível explicar sua função. As descobertas lançam luz sobre proteínas- chave da membrana em bactérias, e o mesmo método pode ser usado para melhorar nossa compreensão de canais semelhantes em humanos. 

"Na verdade, fomos capazes de ver todo o ciclo do canal da proteína passando por uma série de estágios funcionais", diz Walz.  

Walz há muito se concentra na MscS, uma proteína embutida nas membranas bacterianas que se abre em resposta à força mecânica. As proteínas MscS existem em um estado fechado enquanto repousam em uma membrana espessa. Certa vez, os cientistas suspeitaram que, quando o acúmulo de fluido faz com que a célula inche e coloque tensão na membrana, ele se distende tanto que suas proteínas se projetam. Lançados em um ambiente desconhecido, os canais de proteína se abrem, liberando o conteúdo da célula e aliviando a pressão até que a membrana retorne à sua espessura original e seus canais se fechem. 

Mas quando Yixiao Zhang, um associado de pós-doutorado no grupo Walz, testou essa teoria há mais de cinco anos, reconstituindo proteínas MscS em pequenos remendos de membrana personalizados, ele descobriu que era impossível abrir o canal estreitando as membranas dentro da faixa natural . "Percebemos que o afinamento da membrana não é a forma como esses canais se abrem", diz Walz. 

Esses patches personalizados, chamados de nanodiscs, permitem aos pesquisadores estudar proteínas em um ambiente de membrana essencialmente nativo e visualizá-las com microscopia crioeletrônica. Walz e Zhang resolveram ultrapassar os limites da tecnologia nanodisc, removendo os lipídios da membrana com β-ciclodextrina, uma substância química usada para retirar o colesterol das culturas de células. Essa tensão induzida na membrana, e Walz e sua equipe puderam observar com microscopia crioeletrônica como o canal reagiu de acordo - eventualmente se fechando para sempre, um fenômeno conhecido como dessensibilização.  

O que eles observaram combinou com simulações de computador , e um novo modelo para a função do MscS surgiu. Quando o fluido se acumula dentro da célula, eles descobriram, os lipídios são chamados de todos os cantos para ajudar a aliviar a tensão em toda a membrana. Se a situação se tornar terrível, até mesmo os lipídios associados aos canais MscS fogem. Sem lipídios que os mantêm fechados, os canais têm espaço para as pernas para se abrirem. 

"Pudemos ver que, quando você expõe as membranas à β-ciclodextrina, os canais se abrem e se fecham novamente", diz Walz.  

O novo método de Walz e Zhang de manipular nanodiscos com β-ciclodextrina permitirá que os pesquisadores estudem dezenas de canais de proteínas mecanossensíveis semelhantes para, finalmente, testar suas hipóteses em laboratório. Muitas dessas proteínas desempenham papéis importantes em humanos, desde a audição e o sentido do tato até a regulação da pressão arterial. De interesse mais imediato, no entanto, é a perspectiva de explorar canais de proteínas dos quais muitas bactérias diferentes dependem para sobreviver. Novos alvos de drogas são uma necessidade particular, devido ao surgimento de bactérias perigosas resistentes a antibióticos, como o MRSA.  

MscS e o canal de proteína bacteriana relacionado MscL são "alvos de drogas extremamente interessantes", diz Walz. "Quase todas as bactérias têm uma dessas proteínas. Como esses canais são amplamente distribuídos, uma droga que tem como alvo MscS ou MscL pode se tornar um antibiótico de amplo espectro."  

 

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