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Nossos corpos e órgãos são protegidos do ambiente externo por barreiras de tecido como a pele. Essas barreiras devem ser firmemente seladas para evitar a entrada de substâncias indesejadas. Essa vedação é obtida por meio de estruturas chamadas junções estreitas. No entanto, como essas junções estreitas se formam tem sido um mistério há muito tempo. Agora, uma equipe interdisciplinar de pesquisadores, liderada pelo Prof. Alf Honigmann no Centro de Biotecnologia (BIOTEC) da Universidade de Tecnologia de Dresden, descobriu que as proteínas responsáveis por essas vedações formam um material semelhante a um líquido na superfície da célula, muito parecido com a água que se condensa em uma janela fria. Suas descobertas foram publicadas no periódico Natureza.
Nossa pele atua como um escudo protetor contra o mundo exterior e, como uma parede de tijolos bem construída, ela deve ser firmemente selada para evitar brechas. Da mesma forma, nossos órgãos, como pulmões ou intestinos, devem ser selados para garantir que o conteúdo não esteja vazando para outros compartimentos do corpo. A camada mais externa de nossos órgãos consegue isso com selos especializados entre as células, conhecidos como junções estreitas.
Junções apertadas são muito parecidas com uma junta entre pisos ou azulejos de parede. Elas são cintas que circundam o topo de cada célula e se prendem às células vizinhas para formar uma vedação apertada entre elas.
“Ao contrário da junta entre os ladrilhos ou argamassa na parede de tijolos, as junções estreitas são dinâmicas. Nossa pele ou órgãos são macios e as células mudam de forma constantemente. As junções estreitas devem ser capazes de se adaptar à mudança de forma da célula e ainda ser capazes de selar as lacunas”, explica o Prof. Honigmann, presidente de Biofísica e líder do grupo de pesquisa no BIOTEC. “Como as junções estreitas são capazes de formar um material tão robusto e flexível ao redor do perímetro da célula era uma questão científica intrigante.”
Condensação em uma superfície
Para entender como esses selos se formam, a equipe do Prof. Honigmann usou métodos biofísicos avançados para observar o processo em tempo real. Eles desenvolveram uma maneira de ligar e desligar quimicamente a formação de junções estreitas conforme sua vontade. Eles também usaram engenharia genética para marcar as proteínas de selamento com um marcador fluorescente. Juntos, isso permitiu que eles usassem microscopia de alta resolução para observar a formação de junções estreitas em tempo real.
Trabalhando em conjunto com físicos teóricos liderados por Frank Jülicher no Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complexos (MPI-PKS) em Dresden, o grupo foi capaz de mostrar que a automontagem de junções estreitas é impulsionada por um fenômeno físico chamado umedecimento da superfície.
“É fascinante que essas proteínas de junção estreita se comportem de forma muito semelhante à água. Juntando nossas observações e a modelagem física teórica, chegamos ao que é essencialmente o processo físico de condensação de líquido em uma superfície”, diz a Dra. Karina Pombo-Garcia, pesquisadora por trás do projeto e agora líder de grupo de pesquisa no Instituto Rosalind Franklin, na Inglaterra.
Proteínas de junção estreita se ligam à superfície da membrana celular na interface onde as células se tocam. Quando o número de proteínas ligadas ali atinge um certo limite, as proteínas se condensam em um líquido que gradualmente cresce em uma espécie de gota na superfície da célula. Eventualmente, essas gotas se alongam e se tocam para formar um cinturão uniforme ao redor das células. Dessa forma, as junções estreitas selam os espaços entre as células para tornar nossa pele e órgãos herméticos.
“Talvez todo mundo já tenha visto isso no inverno. Pequenas gotas de água aparecem em uma janela fria. É exatamente isso, mas em escala molecular”, acrescenta o Dr. Pombo-Garcia.
Líquidos feitos de proteínas
Já em 2017, a equipe de Honigmann começou a suspeitar que proteínas de junção estreita poderiam se comportar como líquidos. “Nós nos esforçamos muito para descobrir como medir e observar essas propriedades semelhantes a líquidos”, diz o Prof. Honigmann. “Felizmente, estávamos no lugar certo na hora certa.”
O trabalho inicial que levou a essa descoberta foi conduzido no Instituto Max Planck de Biologia Celular Molecular e Genética (MPI-CBG) em Dresden. Pesquisadores do MPI-CBG são pioneiros da biologia condensada, o ramo recém-descoberto da biologia que se concentra em proteínas que formam grandes conjuntos com propriedades semelhantes a líquidos.
“A biologia condensada é um campo promissor, porque preenche a lacuna entre escalas. Um dos problemas gerais em biologia é entender como estruturas como organelas celulares se formam a partir de miríades de interações moleculares no citoplasma. Sabemos agora que certas biomoléculas podem se auto-organizar em materiais como líquidos e géis. Isso nos permite adaptar conceitos físicos bem compreendidos, como condensação e outras transições de fase para descrever a formação de estruturas em biologia”, conclui o Prof. Honigmann.
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