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Pesquisadores da Universidade Estadual de Michigan descobriram duas proteínas que trabalham juntas para determinar o destino de células em plantas que enfrentam certos estresses.
Ironicamente, uma descoberta fundamental nesta descoberta, publicada recentemente em Comunicações da Naturezafoi feito quando o líder do projeto estava se preparando para desestressar.
A pesquisadora de pós-doutorado Noelia Pastor-Cantizano estava viajando de ônibus para o aeroporto para viajar de férias quando decidiu compartilhar um resultado promissor que havia ajudado a coletar um dia antes.
“Eu não queria esperar dez dias até voltar para enviá-lo. Demorou quase dois anos para chegar lá”, disse Pastor-Cantizano, que então trabalhava no laboratório Brandizzi no Laboratório de Pesquisa de Plantas MSU-DOE, ou PRL.
“É disso que me lembro no momento”, disse Pastor-Cantizano. “Eu estava pensando ‘posso relaxar agora, pelo menos por uma semana.’
Pastor-Cantizano estava trabalhando para identificar um gene na planta modelo Arabidopsis que poderia controlar a resposta da planta a estressores, o que pode levar à morte da planta. Ela e seus colaboradores identificaram uma proteína na Arabidopsis que parecia controlar se uma planta viveria ou morreria sob condições de estresse.
Ter identificado o gene foi apenas o começo da história, apesar de já estarmos há anos na jornada. Levaria mais cinco anos para chegar a este novo artigo.
Os pesquisadores descobriram que as proteínas BON-associated protein2, ou BAP2, e inositol-requiring enzyme 1, ou IRE1, trabalham juntas ao lidar com condições de estresse — uma questão de vida ou morte para as células vegetais.
Entender como essas proteínas funcionam pode ajudar os pesquisadores a criar plantas mais resistentes a condições de morte.
Criar plantas que sejam mais resistentes ao estresse do retículo endoplasmático, ou estresse do ER, tem implicações generalizadas na agricultura. Se as plantações puderem ser mais resilientes diante de condições de seca ou calor, as plantas terão mais chances de sobreviver e prosperar, apesar das mudanças climáticas.
“A pesquisa em nosso laboratório é alimentada pelo entusiasmo e gratidão por poder fazer contribuições importantes para a ciência”, disse Federica Brandizzi, Professora da MSU Research Foundation no Departamento de Biologia Vegetal e na PRL. “O trabalho foi hercúleo e só foi possível graças à paciência, entusiasmo e dedicação de uma equipe maravilhosa. Noelia foi simplesmente fantástica.”
Trabalhando em conjunto
Dentro das células eucarióticas há uma organela conhecida como retículo endoplasmático, ou ER. Ela cria proteínas e as dobra em formas que a célula pode utilizar. Assim como cortar vegetais para usar em uma receita, as proteínas devem ser formadas no formato certo antes de poderem ser usadas.
A capacidade de produção e dobramento de proteínas deve estar em equilíbrio, como um subchefe e um chef, trabalhando em conjunto. Se o subchefe estiver fornecendo ao chef ingredientes a mais ou a menos, isso desequilibra a cozinha.
Quando o ER não consegue fazer seu trabalho corretamente, ou o equilíbrio é desequilibrado, ele entra em um estado conhecido como estresse do ER. A célula dará início a um mecanismo conhecido como resposta de proteína desdobrada, ou UPR, para decidir o que fazer em seguida. Se o problema puder ser resolvido, a célula tomará medidas para salvar vidas para resolver o problema. Se não puder ser, a célula começa a desligar, encerrando sua vida e, potencialmente, a da planta.
Sabia-se que a enzima IRE1 era responsável por direcionar os mecanismos que salvariam a célula ou a matariam.
Mas o que leva o IRE1 à ação?
Neste estudo, os pesquisadores do laboratório Brandizzi estavam procurando o regulador mestre desses processos pró-morte, conhecidos como morte celular programada.
“Tive a ideia porque li que a doença do intestino irritável está ligada a uma mutação em um gene controlado pelo IRE1 que ocorre entre humanos”, disse Brandizzi. “Os humanos são diversos e as plantas também. Então pensei em analisar a diversidade de plantas como uma fonte de novas descobertas importantes no UPR.”
Os pesquisadores começaram observando centenas de acessos, ou plantas da mesma espécie, mas específicas de um local. Por exemplo, uma planta que cresce na Colômbia terá variações genéticas para a mesma espécie de planta que cresce na Espanha, e as maneiras como cada uma responde a condições de estresse podem diferir.
Eles encontraram uma variação extensa na resposta ao estresse do ER entre as diferentes acessões. Pegando as acessões cujas respostas eram as mais diferentes, eles tentaram identificar as diferenças em seus genomas. Foi aí que o candidato ao gene BAP2 entrou em cena.
“Descobrimos que o BAP2 responde ao estresse do ER”, disse Pastor-Cantizano, que atualmente é pós-doutorado na Universidade de Valência. “E o mais legal é que ele é capaz de controlar e modificar a atividade do IRE1. Mas o IRE1 também é capaz de regular a expressão do BAP2.”
BAP2 e IRE1 trabalham juntos, sinalizando um ao outro qual é o melhor curso de ação para a célula. Ter um sem o outro resulta na morte da planta quando a homeostase do ER está desequilibrada.
Sete anos
Do início ao fim, este projeto levou mais de sete anos de trabalho dedicado.
Dia após dia, os pesquisadores passavam o tempo tediosamente colocando sementes em pratos com um meio no qual elas pudessem crescer. As sementes de Arabidopsis não são muito maiores do que grãos de areia em seu menor tamanho, então esse era um trabalho delicado que exigia tempo e atenção.
A partir daí, os pesquisadores passaram mais alguns meses com essas plantas, observando os descendentes das acessões e identificando como o BAP2 funcionava dentro das plantas. Isso levou mais alguns anos.
“Foi uma longa estrada com seus obstáculos, mas valeu a pena”, disse Pastor-Cantizano. “Quando comecei este projeto, não conseguia imaginar como ele terminaria.”
Este trabalho foi financiado pelo National Institutes of Health, com apoio de contribuição da Chemical Sciences, Geoscience and Biosciences Division, Office of Basic Energy Sciences, Office of Science, US Department of Energy; do Great Lakes Bioenergy Research Center, US Department of Energy, Office of Science, Office of Biological and Environmental Research; e MSU AgBioResearch. Apoio de contribuição adicional vem da Generalitat Valenciana, “European Union NextGenerationEU/PRTR.”
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