Microscopia de gordura: Imagiologia dos lípidos nas células
"Sabíamos que estávamos a fazer algo em grande"
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As moléculas de lípidos, ou gorduras, são cruciais para todas as formas de vida. As células necessitam de lípidos para construir membranas, separar e organizar reacções bioquímicas, armazenar energia e transmitir informação. Cada célula pode criar milhares de lípidos diferentes e, quando estes não estão equilibrados, podem surgir doenças metabólicas e neurodegenerativas. Ainda não se compreende bem como é que as células separam os diferentes tipos de lípidos entre os organelos celulares para manter a composição de cada membrana. Uma das principais razões é o facto de os lípidos serem difíceis de estudar, uma vez que, até agora, não existem técnicas de microscopia que permitam localizar com precisão a sua localização no interior das células.
Numa colaboração de longa data, André Nadler, um biólogo químico do Instituto Max Planck de Biologia Celular Molecular e Genética (MPI-CBG) em Dresden, Alemanha, juntou-se a Alf Honigmann, um especialista em bioimagem do Centro de Biotecnologia (BIOTEC) da Universidade de Tecnologia TUD de Dresden, para desenvolver um método que permite visualizar os lípidos nas células utilizando a microscopia de fluorescência padrão. Após a primeira prova de conceito bem sucedida, a dupla trouxe a bordo o especialista em espetrometria de massa Andrej Shevchenko (MPI-CBG), Björn Drobot do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) e o grupo de Martin Hof do Instituto J. Heyrovsky de Físico-Química em Praga para estudar a forma como os lípidos são transportados entre os organelos celulares.
Lípidos artificiais sob o solário
"Começámos o nosso projeto com a síntese de um conjunto de lípidos minimamente modificados que representam os principais lípidos presentes nas membranas dos organelos. Estes lípidos modificados são essencialmente os mesmos que os seus homólogos nativos, com apenas alguns átomos diferentes que nos permitiram segui-los ao microscópio", explica Kristin Böhlig, estudante de doutoramento do grupo Nadler e química responsável pela criação dos lípidos modificados.
Os lípidos modificados imitam os lípidos naturais e são "bifuncionais", o que significa que podem ser activados por luz UV, fazendo com que o lípido se ligue ou se ligue a proteínas próximas. Os lípidos modificados foram carregados na membrana das células vivas e, com o tempo, transportados para as membranas dos organelos. Os investigadores trabalharam com células humanas em cultura celular, tais como células ósseas ou intestinais, uma vez que são ideais para a imagiologia.
"Após o tratamento com luz UV, conseguimos monitorizar os lípidos com microscopia de fluorescência e captar a sua localização ao longo do tempo. Isto deu-nos uma imagem abrangente da troca de lípidos entre a membrana celular e as membranas dos organelos", conclui Kristin.
Para compreender os dados de microscopia, a equipa precisou de um pipeline de análise de imagem personalizado. "Para responder às nossas necessidades específicas, desenvolvi uma pipeline de análise de imagem com segmentação automática de imagem assistida por inteligência artificial para quantificar o fluxo de lípidos através do sistema de organelos celulares", afirma Juan Iglesias-Artola, que fez a análise de imagem.
Transporte rápido de lípidos por proteínas
Combinando a análise de imagens com a modelação matemática, realizada por Björn Drobot no HZDR, a equipa de investigação descobriu que entre 85% e 95% do transporte de lípidos entre as membranas dos organelos celulares é organizado por proteínas transportadoras que movem os lípidos, em vez de vesículas. Este transporte não-vesicular é muito mais específico no que diz respeito às espécies lipídicas individuais e à sua distribuição pelos diferentes organelos da célula. Os investigadores descobriram também que o transporte de lípidos por proteínas é dez vezes mais rápido do que por vesículas. Estes resultados implicam que as composições lipídicas das membranas dos organelos são mantidas principalmente através de um transporte lipídico não-vesicular rápido e específico para cada espécie.
Num conjunto paralelo de experiências, o grupo de Andrej Shevchenko no MPI-CBG utilizou a espetrometria de massa de resolução ultra-alta para ver como os diferentes lípidos alteram a sua estrutura durante o transporte da membrana celular para a membrana do organelo.
Um impulso para os lípidos na biologia celular e na doença
Esta nova abordagem fornece o primeiro mapa quantitativo de sempre da forma como os lípidos se deslocam através da célula para os diferentes organelos. Os resultados sugerem que o transporte não-vesicular de lípidos tem um papel fundamental na manutenção da composição da membrana de cada organelo.
Alf Honigmann, líder do grupo de investigação no BIOTEC, afirma: "A nossa técnica de imagem de lípidos permite a análise mecanicista do transporte e da função dos lípidos diretamente nas células, o que era impossível até agora. Pensamos que o nosso trabalho abre a porta a uma nova era de estudo do papel dos lípidos no interior da célula".
A imagiologia dos lípidos permitirá novas descobertas e ajudará a revelar os mecanismos subjacentes às doenças causadas por desequilíbrios lipídicos. A nova técnica poderá potencialmente ajudar a desenvolver novos alvos farmacológicos e abordagens terapêuticas para doenças associadas aos lípidos, como a doença hepática gorda não alcoólica.
"Sabíamos que estávamos a fazer algo em grande"
André Nadler, líder do grupo de investigação no MPI-CBG, recorda o início do estudo: "A imagiologia dos lípidos nas células foi sempre um dos aspectos mais difíceis da microscopia. O nosso projeto não era diferente. Alf Honigmann e eu começámos a discutir a resolução do problema da imagiologia de lípidos assim que fomos contratados em estreita sucessão no MPI-CBG em 2014/15 e rapidamente decidimos avançar. Ainda assim, demorámos quase cinco anos desde o início do projeto até ao ponto em que, no outono de 2019, nós os dois produzimos finalmente uma amostra com uma bela coloração da membrana plasmática. Foi então que soubemos que estávamos a fazer algo em grande. Como recompensa, alguns acontecimentos mundiais bem conhecidos obrigaram-nos a encerrar os nossos laboratórios alguns meses mais tarde. No final, o atraso foi o melhor. Antes da revolução na utilização da inteligência artificial na segmentação de imagens, não teríamos sido capazes de quantificar corretamente os dados de imagem, pelo que as nossas conclusões teriam sido muito mais limitadas".
Os investigadores ainda precisam de determinar quais as proteínas de transferência de lípidos que conduzem o transporte seletivo de diferentes espécies de lípidos. Também precisam de identificar as fontes de energia que alimentam o transporte de lípidos e garantir que cada organelo mantém a sua composição membranar única.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Juan M. Iglesias-Artola, Kristin Böhlig, Kai Schuhmann, Katelyn C. Cook, H. Mathilda Lennartz, Milena Schuhmacher, Pavel Barahtjan, Cristina Jiménez López, Radek Šachl, Vannuruswamy Garikapati, Karina Pombo-Garcia, Annett Lohmann, Petra Riegerová, Martin Hof, Björn Drobot, Andrej Shevchenko, Alf Honigmann, André Nadler; "Quantitative imaging of lipid transport in mammalian cells"; Nature, 2025-8-20
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