.
Os filamentos de actina são fibras proteicas que compõem o esqueleto interno da célula. Como elementos ativos de nossas células, os filamentos de actina suportam a fusão, o movimento da célula e estão envolvidos em muitos outros processos celulares. É importante ressaltar que eles também são um dos principais constituintes das células musculares. A complexidade estrutural desses filamentos fascinou os cientistas desde sua descoberta na década de 1940 – e abriu um mar de perguntas sem resposta por trás de sua capacidade de facilitar muitos processos da célula.
Pela primeira vez, pesquisadores do Instituto Max Planck de Fisiologia Molecular em Dortmund, Alemanha, conseguiram visualizar com sucesso centenas de moléculas de água no filamento de actina, representando um salto quântico na pesquisa de actina. Usando a técnica de microscopia eletrônica de crio (crio-EM), o grupo de Stefan Raunser revela em detalhes sem precedentes como as proteínas de actina são organizadas juntas em um filamento, como o ATP – a fonte de energia da célula – fica no bolso da proteína e onde moléculas de água individuais se posicionam e reagem com ATP.
“Estamos respondendo a questões fundamentais da vida que os cientistas tentam responder há várias décadas”, observa Raunser. Nas células eucarióticas, as proteínas de actina são abundantes e tendem a se unir (polimerizar) em filamentos. Esses filamentos compõem a rede que constitui o citoesqueleto da célula e controla vários processos celulares por meio do movimento. As células imunes, por exemplo, usam filamentos de actina para mover e caçar bactérias e vírus. Os pesquisadores já sabiam que a dinâmica dos filamentos é regulada pela hidrólise do ATP – a reação do ATP com a água que cliva um grupo fosfato e gera energia. O que anteriormente permaneceu sem resposta, no entanto, foram os detalhes moleculares exatos por trás desse processo.
Muito flexível, muito grande? — não para crio-EM
Como os filamentos de actina são muito flexíveis ou muito grandes para cristalização de raios X e ressonância magnética nuclear, a crio-EM tem sido a única técnica viável para a obtenção de imagens detalhadas. Em 2015, a equipe de Raunser usou crio-EM para imaginar um novo modelo atômico tridimensional dos filamentos, com uma resolução de 0,37 nanômetros. Em 2018, seu grupo descreveu os três estados diferentes que as proteínas de actina adquirem no filamento: ligado ao ATP, ligado ao ADP na presença do fosfato clivado, ligado ao ADP após a liberação do fosfato.
Como as moléculas de água se movem
Em seu estudo atual, Raunser e seus colegas conseguiram estabelecer um novo recorde de resolução: eles obtiveram todos os três estados de actina com uma resolução de cerca de 0,2 nanômetros, tornando visíveis detalhes anteriormente invisíveis. Os mapas tridimensionais não apenas exibem todas as cadeias laterais de aminoácidos das proteínas, mas também revelam onde estão colocadas centenas de moléculas de água. Por meio da comparação entre essas novas estruturas e as de actina isolada, eles conseguiram inferir como as moléculas de água se movem. Após a polimerização, as moléculas de água se deslocam na bolsa de ATP de tal forma que apenas uma única molécula de água permanece na frente do ATP, pronta para atacar um fosfato e iniciar a hidrólise. A precisão obtida por meio dessa abordagem pode ajudar mais pesquisas no campo: “Nosso modelo de alta resolução pode impulsionar os cientistas a projetar pequenas moléculas para pesquisas de microscopia de luz em tecidos e, finalmente, em aplicações terapêuticas”, diz Raunser.
Um abridor de portas
Os autores também lançam luz sobre o destino final do fosfato. Anteriormente, os cientistas acreditavam que havia uma porta dos fundos no bolso do ATP que permanece aberta após a hidrólise do ATP para facilitar a saída do fosfato. No entanto, as novas estruturas crio-EM não mostram vestígios de backdoors abertos. Portanto, o mecanismo de liberação permanece um mistério. “Acreditamos que há uma porta, mas provavelmente se abre momentaneamente”, comenta Raunser, que agora quer usar simulações matemáticas e métodos crio-EM resolvidos no tempo para demonstrar como o fosfato sai. Evidentemente, essas descobertas emocionantes abriram as portas para os cientistas se aprofundarem na esperança de descobrir ainda mais detalhes por trás dos processos pelos quais os filamentos de actina contribuem para o movimento da célula.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Instituto Max Planck de Fisiologia Molecular. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
.
