Notícia

Com técnica de ‘videografia eletrônica’, pesquisadores capturam ‘dança’ em movimento entre proteínas e lipídios

Fonte

Universidade de Illinois em Urbana-Champaign

Data

sexta-feira, 26 abril 2024 18:30

Áreas

Biologia. Biotecnologia. Engenharia Biológica. Microbiologia. Microscopia Eletrônica.

Numa primeira demonstração de ‘videografia eletrônica’, pesquisadores capturaram uma imagem microscópica em movimento da delicada dança entre proteínas e lípidios encontrados em membranas celulares. A técnica pode ser usada para estudar a dinâmica de outras biomoléculas, sem as restrições que limitaram a microscopia a imagens estáticas de moléculas fixas, afirmam pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign e colaboradores do Instituto de Tecnologia da Geórgia (Georgia Tech), nos Estados Unidos.

“Estamos indo além de tirar fotos únicas, que fornecem estrutura, mas não dinâmica, para registrar continuamente as moléculas na água, seu estado nativo”, disse a Dra. Qian Chen, líder do estudo e professora de Ciência e Engenharia de Materiais na Universidade e Illinois. “Podemos realmente ver como as proteínas mudam sua configuração e, neste caso, como toda a estrutura automontada proteína-lipídio flutua ao longo do tempo.”

Os pesquisadores relataram as descobertas na revista Science Advances.

As técnicas de microscopia eletrônica geram imagens em escala molecular ou atômica, produzindo imagens detalhadas em escala nanométrica. No entanto, muitas vezes baseiam-se em amostras que foram congeladas ou fixadas no lugar, deixando os cientistas tentando inferir como as moléculas se movem e interagem – o que seria como tentar mapear a coreografia de uma sequência de dança a partir de uma única foto.

“Esta é a primeira vez que olhamos para uma proteína em escala individual e não a congelamos ou etiquetamos”, disse a Dra. Aditi Das, professora do Georgia Tech e autora correspondente do estudo. “Normalmente, temos que cristalizar ou congelar uma proteína, o que representa desafios na captura de imagens de alta resolução de proteínas flexíveis. Alternativamente, algumas técnicas utilizam uma etiqueta molecular que rastreamos, em vez de observar a proteína em si. Neste estudo estamos vendo a proteína como ela é, comportando-se como ela se comporta em um ambiente líquido e vendo como os lipídios e as proteínas interagem entre si.”

Os pesquisadores alcançaram a videografia combinando um novo método de microscopia eletrônica de transmissão à base de água com modelagem computacional detalhada em nível atômico. A técnica à base de água envolve o encapsulamento de gotículas em escala nanométrica em grafeno para que possam suportar o vácuo em que o microscópio opera. Comparar os dados de vídeo resultantes com modelos moleculares, que mostram como as partículas deveriam se mover com base nas leis da física, ajuda os pesquisadores não apenas a interpretar, mas também a validar seus dados experimentais.

“Atualmente, esta é realmente a única forma experimental de filmar este tipo de movimento ao longo do tempo”, disse o Dr. John W. Smith, primeiro autor do artigo, que concluiu o trabalho quando era estudante de pós-graduação em Illinois. “A vida é líquida e está em movimento. Estamos tentando chegar aos mínimos detalhes dessa conexão de forma experimental”.

Abaixo, um modelo computacional, baseado em vídeo bruto de videografia eletrônica, mostrando o movimento de um nanodisco composto de lipídios (em vermelho) e uma proteína de membrana (em verde), em água:

(Fonte: Dr. John W. Smith, Universidade de Illinois em Urbana-Champaign)

Para o novo estudo – a primeira demonstração publicada da técnica de videografia eletrônica – os pesquisadores examinaram discos em nanoescala de membranas lipídicas e como eles interagiam com proteínas normalmente encontradas na superfície ou incorporadas nas membranas celulares.

“As proteínas da membrana estão na interface entre as células e entre o interior e o exterior da célula, controlando o que entra e sai”, disse John Smith. “Elas são alvos importantes da medicina e estão envolvidas em todos os tipos de processos, como a forma como nossos músculos se contraem, como nosso cérebro funciona, reconhecimento imunológico; e elas mantêm células e tecidos juntos. E toda a complexidade de como uma proteína de membrana funciona não vem apenas de sua própria estrutura, mas também de como ela interage com os lipídios ao seu redor.”

A videografia eletrônica permitiu aos pesquisadores ver não apenas como todo o conjunto lipídico-proteína se movia, mas também a dinâmica de cada componente. Os pesquisadores descobriram que havia regiões distintas dentro do nanodisco e mais flutuação e mais estabilidade do que o esperado.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign (em inglês).

Fonte: Liz Ahlberg Touchstone, Universidade de Illinois em Urbana-Chapaign. Imagem: Dr. John W. Smith, Universidade de Illinois em Urbana-Champaign.

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