Os cientistas obtiveram a primeira imagem 3D de alta resolução da nebulina, uma protea­na gigante de ligação a  actina que éum componente essencial do maºsculo esquelanãtico. Essa descoberta trouxe a  tona a chance de entender melhor o papel da nebulina, pois suas funções permaneceram em grande parte nebulosas devido ao seu grande tamanho e a  dificuldade em extrair a nebulina em estado nativo do maºsculo. A equipe de pesquisadores do Max Planck, liderada por Stefan Raunser, diretor do Instituto Max Planck de Fisiologia Molecular em Dortmund, em colaboração com Mathias Gautel do King's College London, usou a criotomografia eletra´nica para decifrar a estrutura da nebulina em detalhes impressionantes. Suas descobertas podem levar a novas abordagens terapaªuticas para tratar doenças musculares,

Os maºsculos esquelanãticos e carda­acos se contraem e relaxam ao deslizar os filamentos paralelos das protea­nas miosina e actina. A nebulina, outra protea­na longa e fina , que estãopresente apenas no maºsculo esquelanãtico , se une a  actina, estabilizando-a e regulando-a. Mutações no gene que codifica a nebulina podem produzir uma nebulina anormal que causa miopatia nemala­nica, uma doença neuromuscular incura¡vel com vários graus de gravidade, desde fraqueza muscular a problemas de fala e problemas respirata³rios.

Conhecer a estrutura da nebulina e como ela interage com a actina pode ser fundamental para o desenvolvimento de novos tratamentos. Mas as abordagens experimentais tradicionais que reconstituem a nebulina in vitro falharam devido ao tamanho da protea­na, sua flexibilidade e ao fato de estar entrelaa§ada com a actina. Raunser e sua equipe adotam uma abordagem diferente: eles visualizam essas protea­nas diretamente em seu ambiente nativo, o maºsculo, usando uma poderosa técnica de microscopia chamada criotomografia eletra´nica (crio-ET).

Um experimento crio-ET no laboratório Raunser comea§a com amostras musculares congeladas. Em seguida, os cientistas aplicam um feixe de a­ons a  base de ga¡lio a  amostra para remover o material extra e atingir uma espessura ideal de cerca de 100 nana´metros para o microsca³pio eletra´nico de transmissão. Esta poderosa ferramenta então adquire várias imagens da amostra inclinada ao longo de um eixo. Finalmente, os manãtodos computacionais renderizam uma imagem tridimensional com uma resolução impressionantemente alta.

Em uma publicação de 2021, os pesquisadores do Max Planck produziram a primeira imagem 3D detalhada do sarca´mero, a unidade contra¡til ba¡sica das células musculares esquelanãticas e carda­acas que contanãm actina, miosina e, eventualmente, a protea­na nebulina. A resolução de um nana´metro (um milionanãsimo de mila­metro) era boa o suficiente para visualizar actina e miosina, mas muito baixa para visualizar nebulina.

Desta vez, a equipe melhorou seu pipeline de aquisição e processamento de dados para obter uma imagem 3D dos filamentos do maºsculo esquelanãtico em resolução próxima a  atômica (0,45 nana´metros). Ao comparar as imagens do maºsculo esquelanãtico com o maºsculo carda­aco livre de nebulina, a estrutura da longa protea­na nebulina tornou-se distinta e os pesquisadores conseguiram construir um modelo ata´mico de nebulina. "Esta éa primeira estrutura de alta resolução usando moagem FIB e crio-ET e prova que podemos chegar a modelos ata´micos de forma confia¡vel. a‰ um salto qua¢ntico", diz Raunser.

Os resultados revelam que cada repetição de nebulina se liga a uma subunidade de actina, demonstrando o papel da nebulina como uma ranãgua que dita o comprimento do filamento de actina. Além disso, cada repetição de nebulina interage com cada subunidade de actina vizinha, o que explica seu papel como estabilizador. Finalmente, os cientistas propaµem que a nebulina regula a ligação de actina e miosina e, portanto, a contração muscular, interagindo com outra protea­na chamada troponina. Experimentos foram feitos em maºsculos de camundongos que são muito semelhantes aos humanos ose foram isolados no King's College London.

"Obtivemos uma estrutura 3D detalhada in situ das cabea§as de nebulina, actina e miosina que pode ser usada para identificar as mutações que levam a miopatias", observa Raunser. Desenvolvedores farmacaªuticos podem então aproveitar essa nova estrutura para localizar sa­tios de ligação para pequenas moléculas de interesse farmacaªutico, acrescenta. Impulsionado por seu sucesso recente, o grupo agora se concentrara¡ em revelar os detalhes estruturais da miosina, o outro filamento deslizante. Tais descobertas podem finalmente ajudar a pintar o quadro completo dos intrincados detalhes por trás da contração do maºsculo esquelanãtico .