Como uma "tampa" invisível pode controlar as sinapses eléctricas
Novos blocos de construção da comunicação celular
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Uma equipa internacional liderada pela Universidade Goethe de Frankfurt, na Alemanha, utilizou a mais moderna microscopia crioelectrónica para visualizar as sinapses eléctricas (junções de hiato) no interior das células vivas. Ao fazê-lo, descobriram uma estrutura adicional surpreendente: uma "tampa" circular, até então desconhecida, que está ligada ao canal a partir do interior da célula. Parece ser formada pela proteína UNC-1, cuja família de proteínas está associada a várias doenças.
Linha superior: As médias crio-ET dos canais de junção (à esquerda) revelaram tampas impressionantes (à direita; púrpura) no interior da célula. Linha inferior: As junções de hiato (azul claro) permitem que as células comuniquem através das suas membranas (cinzento)
N. Rosenkranz
Quando duas células "falam" uma com a outra, muitas vezes fazem-no através de pequenos canais chamados sinapses eléctricas. Ao contrário das sinapses químicas, as chamadas "gap junctions" permitem a troca direta de informação entre duas células, por exemplo sob a forma de iões. Sem elas, os nossos corações não poderiam bater em sincronia e as células nervosas não poderiam disparar em ritmo. Mas o que acontece exatamente durante esta forma de comunicação celular?
Um olhar no interior da célula viva
Até agora, as junções comunicantes têm sido estudadas principalmente sob a forma de proteínas isoladas e tratadas quimicamente - ou seja, fora do seu ambiente natural. Para obter imagens da estrutura diretamente em tecidos vivos, os investigadores da Universidade Goethe de Frankfurt (Alemanha), do Instituto Max Planck de Biofísica (Alemanha) e do Centro Nacional de Ciências Biológicas de Bangalore (Índia) examinaram células do nemátodo Caenorhabditis elegans utilizando a tomografia crioelectrónica (crio-ET). "Com este método, podemos congelar as células no seu estado natural e obter imagens tridimensionais do seu interior", explica o Prof. Dr. Alexander Gottschalk do Instituto de Química Biofísica da Universidade Goethe. Dr. Alexander Gotchalk, do Instituto de Química Biofísica da Universidade de Goethe. "A partir de milhares de imagens de canais individuais, determinamos uma estrutura de alta resolução que permite compreender o funcionamento das junções de fenda."
Os canais de junção do nemátodo são constituídos por seis subunidades por célula. Em conjunto, formam um canal de doze subunidades, exatamente como nos humanos. Estas estruturas foram notavelmente bem preservadas durante a evolução, pelo que os resultados da investigação em organismos simples podem também ser aplicados aos mamíferos superiores. Os resultados mostraram que nem todos os canais têm o mesmo aspeto: alguns eram largos e abertos, outros estreitos e presumivelmente fechados.
Descoberta de uma tampa em forma de anel
Nalguns canais, os investigadores descobriram uma estrutura adicional: uma "tampa" em forma de anel que se encontrava no interior da célula em canais individuais e que fechava a sua abertura. Esta estrutura até então desconhecida é um componente minúsculo mas importante: as sinapses podem ser capazes de regular a sua ligação com ela como uma válvula - um mecanismo que pode ser crucial para controlar os sinais eléctricos no coração ou no intestino.
Para descobrir qual a proteína que forma esta "tampa", os investigadores combinaram os seus dados experimentais com um software de IA que pode prever estruturas proteicas. A proteína UNC-1 foi a que melhor correspondeu à forma observada da capa. As simulações em computador confirmaram que o anel da UNC-1 pode assentar de forma estável no canal e que ambas as proteínas interagem entre si - como se tivessem sido feitas uma para a outra.
Relevância para as doenças humanas
A UNC-1 pertence à família das proteínas semelhantes à estomatina, que também ocorrem no corpo humano e podem formar capas em forma de anel. A estomatina encontra-se nos glóbulos vermelhos, por exemplo, e a podocina, que lhe está associada, nos rins. Nos seres humanos, as mutações nestas proteínas estão associadas a doenças hereditárias, como a estomatocitose hereditária ou a síndrome nefrótica resistente a esteróides (SRNS). Os nemátodos com UNC-1 defeituoso têm também uma mobilidade muito limitada. "A semelhança estrutural desta família de proteínas em diferentes espécies é notável", afirma um dos primeiros autores, Nils Rosenkranz, que estudou este complexo proteico na sua tese de doutoramento. "A nossa descoberta sugere que a regulação das junções de hiato ou de outros canais na membrana celular por estas tampas pode ser um princípio fundamental da comunicação celular - dos nemátodos aos humanos."
A descoberta levanta agora novas questões: Será que a "tampa" regula efetivamente a abertura e o fecho dos canais? Como é que influencia o fluxo de iões? Os investigadores suspeitam que as junções gap humanas também podem ser reguladas por tampas semelhantes. A longo prazo, isto poderia abrir novas abordagens terapêuticas para doenças em que a comunicação entre as células é perturbada.
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.
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