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As proteínas são fundamentais para todos os processos nas nossas células e compreender as suas funções e regulação é de grande importância.
“Há muitos anos que sabemos que quase todas as proteínas humanas são modificadas por um grupo químico específico, mas o seu impacto funcional permanece indefinido”, diz o professor Thomas Arnesen, do Departamento de Biomedicina da Universidade de Bergen.
Ele explica:
“Uma das modificações proteicas mais comuns em células humanas é a acetilação N-terminal, que é uma adição de um pequeno grupo químico (acetil) na ponta inicial (N-terminal) de uma proteína. A modificação é lançada por um grupo de enzimas chamadas acetiltransferases N-terminais (NATs).” Apesar de estar “em toda parte” nas células humanas, o papel funcional desta modificação permanece misterioso, explica Arnesen.
Ele é investigador de um novo estudo que revela que uma função central desta modificação proteica é proteger as proteínas da degradação, e isso é essencial para a longevidade e motilidade normais.
A tecnologia CRISPR-Cas9 lança nova luz sobre a acetilação N-terminal
Para responder a esta questão, a bióloga molecular e investigadora Sylvia Varland passou dois anos no Donnelly Centre for Cellular & Biomolecular Research, Universidade de Toronto, Canadá, apoiada por uma bolsa de mobilidade FRIPRO do Conselho de Investigação da Noruega.
Aqui, ela usou a tecnologia CRISPR-Cas9 estabelecida e poderosas plataformas de triagem disponíveis em um dos melhores ambientes científicos para definir as funções funcionais das enzimas NAT humanas. Sylvia concentrou-se em uma das principais enzimas NAT humanas, NatC, e a triagem genômica de células KO NatC humanas revelou muitos genes humanos provavelmente envolvidos na função de acetilação N-terminal.
“Sem o ambiente científico inspirador do Centro Donnelly, combinado com o apoio financeiro das Ações Marie Sklodowska-Curie, este estudo não teria visto a luz do dia”, diz Varland.
De volta ao laboratório Arnesen na UiB, Sylvia explorou as implicações moleculares de suas descobertas genéticas com a ajuda da estudante de doutorado Ine Kjosås e de outros membros do laboratório. Experimentos bioquímicos, de biologia celular e proteômica demonstraram que a acetilação N-terminal atua como escudo para proteger muitas proteínas da degradação protéica. Proteínas sem acetilação N-terminal foram reconhecidas pela maquinaria de degradação celular.
“A acetilação N-terminal tem o poder de ditar o tempo de vida de uma proteína e afecta as nossas células de inúmeras formas”, diz Varland. “Isso é verdade para os humanos e também para as moscas da fruta, que é um modelo muito útil para estudar essa modificação proteica”, continua ela.
A acetilação N-terminal pode afetar o envelhecimento.
Paralelamente, um grupo de investigação do investigador Rui Martinho da Universidade de Aveiro, em Portugal, estava a trabalhar no impacto no organismo da acetilação N-terminal mediada por NatC utilizando um modelo de mosca da fruta (Drosófila).
O investigador de pós-doutoramento Rui Silva e colegas realizaram estudos com moscas sem acetilação N-terminal. As duas equipes decidiram unir esforços e coordenaram seus experimentos nos últimos dois anos. As moscas sem NatC eram viáveis, mas estas moscas apresentavam diminuição da longevidade e diminuição da motilidade com a idade. Estes efeitos poderiam ser parcialmente revertidos pela expressão de uma proteína conservada entre a mosca e o ser humano, considerada um alvo chave da proteção NatC.
Decodificando o quebra-cabeça NatC
Em conclusão, utilizando um rastreio genético global e imparcial combinado com a fenotipagem celular, a equipa descobriu uma função geral para a acetilação N-terminal na protecção de proteínas da degradação em células humanas.
As investigações moleculares definiram os componentes celulares (ubiquitina ligases) responsáveis pela degradação de uma classe importante de proteínas humanas quando carecem de acetilação N-terminal. O papel da proteção de proteínas específicas mediada por NatC é evidente tanto nas células humanas quanto na mosca da fruta. O impacto destas vias na longevidade e motilidade em indivíduos idosos sublinha o papel vital da acetilação N-terminal da proteína.
“Este trabalho desvenda alguns dos segredos e mostra como a acetilação N-terminal molda o destino individual das proteínas”, conclui Thomas Arnesen.
A parte norueguesa deste trabalho foi apoiada por bolsas de investigação do Conselho de Investigação da Noruega, das Autoridades Norueguesas de Saúde da Noruega Ocidental, da Sociedade Norueguesa do Cancro e do Conselho Europeu de Investigação (ERC).
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