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‘Cola inteligente’ mantém conectadas as partes móveis das células

Fonte

ETH Zurique | Instituto Federal de Tecnologia de Zurique

Data

quinta-feira. 29 dezembro 2022 16:55

Acoplamentos são essenciais para máquinas com partes móveis. Rígidos ou flexíveis, seja a ligação entre os eixos de um motor ou as articulações do nosso corpo, as propriedades do material garantem que as forças mecânicas sejam transmitidas conforme desejado. Em nenhum lugar isso é melhor otimizado do que em uma célula, onde as interações entre as estruturas subcelulares em movimento sustentam muitos processos biológicos. No entanto, como a natureza faz esse acoplamento há muito tempo confunde os cientistas.

Recentemente, durante a investigação de um acoplamento crucial para a divisão celular de leveduras, pesquisadores revelaram que, para fazer isso, as proteínas colaboram de forma que se condensam em uma ‘gota líquida’.

Ao formar uma gota líquida, as proteínas atingem as propriedades materiais perfeitas para garantir a função biológica. ‘Esta descoberta é apenas o começo de uma nova compreensão do papel que os líquidos inteligentes desempenham na célula’, acredita o Dr. Yves Barral, professor de Bioquímica no Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH Zurique), cujo grupo de pesquisa está investigando o processo de divisão celular em leveduras. “Estamos descobrindo que líquidos compostos de biomoléculas podem ser extremamente sofisticados e apresentar uma variedade de propriedades muito mais ampla do que estamos acostumados do nosso ponto de vista macroscópico. A esse respeito, acho que descobriremos que esses líquidos têm propriedades impressionantes que foram selecionadas pela evolução ao longo de centenas de milhões de anos”, destacou o pesquisador.

Microtúbulos: os cabos de reboque da célula

O estudo se concentra em um acoplamento que ocorre nas extremidades dos microtúbulos – filamentos que se entrecruzam no citoplasma da célula. Esses tubos ocos, formados a partir do bloco de construção tubulina, atuam como ‘cabos de reboque’, transportando várias cargas pela célula.

Os microtúbulos recebem uma de suas cargas mais críticas durante a divisão celular. Na levedura, eles têm a importante função de arrastar o núcleo, contendo os cromossomos em divisão, entre a célula-mãe e a célula-filha que está se iniciando.

Para fazer isso, o microtúbulo deve se conectar, por meio de uma proteína motora, a um cabo de actina ancorado na membrana celular da célula filha emergente. A proteína motora então caminha ao longo do cabo de actina, puxando o microtúbulo para dentro da célula filha até que sua preciosa carga de material genético chegue ao destino pretendido entre as duas células.

Veja esse processo no vídeo abaixo (Fonte: Sandro M. Meier, Instituto Paul Scherrer):

Esse acoplamento – essencial para o prosseguimento da divisão celular – deve suportar a tensão durante a caminhada da proteína motora e permitir que o núcleo seja delicadamente manobrado. O Dr. Michel Steinmetz, cujo grupo de pesquisa no Instituto Paul Scherrer é especialista em Biologia Estrutural de Microtúbulos, explicou: “Entre o microtúbulo e a proteína motora, precisa haver uma ‘cola’. Sem ela, se o microtúbulo se desprender, você terá uma célula-filha sem material genético que não sobreviverá.

Acoplamento flexível da natureza

Na levedura, três proteínas, que formam o núcleo da chamada rede Kar9, ficam na ponta do microtúbulo para realizar esse acoplamento. Como elas alcançam as propriedades materiais necessárias parecia contradizer a compreensão tradicional das interações de proteínas.

Uma questão que há muito intrigava os cientistas era como as três principais proteínas da rede Kar9 permanecem ligadas à ponta do microtúbulo mesmo quando subunidades de tubulina são adicionadas ou removidas, o equivalente ao gancho no final de uma corda de reboque permanecendo no lugar enquanto seções adjacentes de corda são inseridas ou cortadas.

Com a pesquisa, a descoberta dos pesquisadores fornece uma resposta: assim como uma gota de cola líquida se agarraria à ponta de um lápis, essa proteína ‘líquida’ pode se agarrar à ponta do microtúbulo mesmo quando ele cresce ou encolhe.

Os pesquisadores descobriram que, para alcançar essa propriedade líquida, as três principais proteínas da rede Kar9 colaboram por meio de uma rede de interações fracas. Como as proteínas interagem em vários pontos diferentes, se uma interação falha, outras permanecem e a ‘cola’ persiste em grande parte. Isso confere a flexibilidade necessária para o microtúbulo permanecer ligado à proteína motora mesmo sob tensão, acreditam os pesquisadores.

Para realizar a descoberta, os pesquisadores investigaram metodicamente as interações entre os três componentes da proteína da rede Kar9. Com base no conhecimento estrutural obtido no Swiss Light Source (SLS) em estudos anteriores, eles poderiam mutar as proteínas para remover seletivamente os locais de interação e observar os efeitos in vivo e in vitro.

Em solução, as três proteínas se juntaram para formar gotículas distintas, como o óleo na água. Para provar que isso estava ocorrendo em células de levedura, os pesquisadores investigaram o efeito das mutações na divisão celular e a capacidade das proteínas de rastrear o final de um microtúbulo em encolhimento.

“Foi bastante simples provar que as proteínas estavam interagindo para formar um líquido condensado in vitro. Mas foi um grande desafio fornecer evidências convincentes de que isso é o que estava acontecendo in vivo, o que consumiu vários anos de pesquisa”, explicou o Dr. Michel Steinmetz, O pesquisador foi quem primeiro postulou a ideia de uma ‘cola de proteína líquida’ para proteínas de ligação de ponta de microtúbulos, junto com um colega da Holanda, em uma publicação de revisão de 2015.

O professor Yves Barral ficou impressionado com a sofisticação da ‘cola’. “Não é apenas uma cola, mas é uma cola inteligente, que é capaz de integrar informações espaciais para se formar apenas no lugar certo”. Dentro do complexo emaranhado de microtúbulos idênticos no citoplasma da célula, apenas um microtúbulo recebe a gotícula que lhe permite ligar-se ao cabo de actina e colocar a informação genética no lugar. “Como a natureza consegue montar uma estrutura complexa na ponta de apenas um microtúbulo, e não em outras, é incompreensível”, concluiu o pesquisador.

Os resultados da pesquisa foram publicados na revista científica Nature Cell Biology.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique.

Fonte: Miriam Arell, Instituto Paul Scherrer e ETH Zurique. Vídeo: Sandro M. Meier, Instituto Paul Scherrer.

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