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De acordo com uma nova pesquisa na revista Imunidade, As células T têm um receptor nuclear fazendo algo muito estranho – mas muito importante – para ajudá-los a combater patógenos e destruir células cancerígenas. Esse receptor, chamado receptor alfa do ácido retinóico (RARα), é conhecido por controlar os programas de expressão gênica no núcleo, mas agora também parece operar fora do núcleo celular para coordenar os primeiros eventos desencadeados na superfície celular que levam à ativação das células T .
A célula AT (foto) pode ter muitos papéis no sistema imunológico. (Imagem cortesia do NIAID)
Os cientistas normalmente não esperariam ver um receptor nuclear como o RARα desempenhando esse papel fora do núcleo da célula. E, no entanto, as novas descobertas sugerem que as células T não podem começar a combater doenças sem uma forma de RARα em cena no citoplasma.
“Receptores citoplasmáticos de ácido retinóico acabam sendo centrais para uma célula T vincular a detecção na superfície da célula com cascatas de sinalização a jusante e programas de expressão gênica que transformam a célula T para se tornar um lutador ativo”, diz a professora Hilde Cheroutre, Ph.D. , que liderou o novo estudo no La Jolla Institute for Immunology (LJI) com o professor assistente da LJI Samuel Myers, Ph.D., o professor da LJI Mitchell Kronenberg, Ph.D., e o professor emérito da LJI Amnon Altman, Ph.D.
O estudo também é resultado de uma colaboração bem-sucedida com cientistas do RIKEN Center for Integrative Medical Sciences no Japão e equipes locais da UC San Diego e do Salk Institute.
Ajudando as células T a responder ao perigo
Para entender esse achado, ajuda a imaginar a geografia de uma célula T. O núcleo da célula (com seu DNA agrupado) fica no meio da célula. Outras moléculas e estruturas celulares chamadas organelas flutuam no citoplasma fora do núcleo rodeadas por uma membrana na borda da célula (membrana celular).
Moléculas especiais chamadas receptores de células T (TCRs) ficam na membrana celular, onde recebem mensagens de outras células. Você pode imaginar os TCRs como observadores de incêndios, os vigias que procuram fumaça em cabanas remotas no deserto. Assim como os observadores de incêndio precisam alertar as autoridades sobre qualquer fumaça à distância, os TCRs precisam sinalizar rapidamente o quartel-general – o núcleo da célula – se detectarem uma ameaça potencial, como um vírus ou uma célula cancerígena.
Enviar esse sinal para o núcleo da célula é fundamental para ativar a expressão gênica para transformar a célula T em uma célula lutadora. Mas os TCRs não podem simplesmente pegar um telefone, então como eles alertam o núcleo distante da célula sobre problemas?
O processo de sinalização é fascinante. Uma vez que o TCR é acionado, moléculas chamadas quinases (enzimas que adicionam fosfatos às proteínas) trabalham com adaptadores que dizem às proteínas próximas para “clicar” juntas e montar um “complexo de ativação” molecular especial. Esse complexo é chamado de sinalossomo TCR e se reúne dentro da membrana celular. “O sinalossoma TCR é extremamente importante para mediar a comunicação entre o exterior e o interior de uma célula”, diz Cheroutre.
E embora o sinalossoma TCR tenha sido estudado por muitas pessoas por muitos, muitos anos, ninguém jamais havia detectado RARα neste complexo de ativação antes.
“Essa nova descoberta mudará a maneira como pensamos sobre os sinais TCR”, diz Kronenberg.
Desvendando o papel da RARα
O segredo do RARα veio à tona graças ao desenvolvimento de técnicas CRISPR, avanços em imagens e espectrometria de massa – e anos de trabalho árduo da equipe e colaboradores da LJI.
O RARα pertence a uma grande família de receptores de ácido retinóico que normalmente ficam em regiões de controle de genes-alvo no núcleo. Esses receptores de ácido retinóico recrutam moléculas repressoras e ativadoras que os permitem “desligar” ou “ligar” a expressão desses genes-alvo. Esse importante trabalho no núcleo deu aos receptores de ácido retinóico o título de “receptores nucleares”.
Vários anos atrás, Cheroutre e seus colegas publicaram pesquisas mostrando que o ácido retinóico (RA), que obtemos da vitamina A, desencadeia o RARα nuclear e a expressão gênica importante para a diferenciação de células T reguladoras supressivas que reduzem a resposta imune.
Para o novo estudo, Cheroutre queria investigar como o ácido retinóico controla esse destino supressivo das células T, então seu laboratório começou a examinar os receptores de ácido retinóico, como o RARα, mais de perto.
Os pesquisadores ficaram intrigados ao descobrir que o RARα realmente vem em duas variantes, chamadas de isoformas. “Essas isoformas são codificadas pelo mesmo gene, mas diferem um pouco em uma extremidade. As consequências, porém, são mais significativas e prendem uma forma no citoplasma, enquanto a outra fica confinada ao núcleo”, diz Cheroutre.
Essas duas isoformas poderiam desempenhar papéis diferentes nas células T? Olhando mais de perto, os pesquisadores perceberam que essa isoforma RARα não respondia ao ácido retinóico e nem sequer tinha o equipamento certo para funcionar como um receptor nuclear.
“Ele não tinha as ferramentas que são importantes para os receptores nucleares, ou seja, a capacidade de interagir com o DNA e a capacidade de se translocar do citoplasma para o núcleo”, diz Cheroutre.
Usando técnicas de edição de genes CRISPR para modular a expressão das duas isoformas, os pesquisadores descobriram que a modulação da isoforma citoplasmática causou grandes problemas para a sinalização do TCR no citoplasma e prejudicou a comunicação com o centro de controle no núcleo.
A RARα está no lugar certo na hora certa
Depois de saberem onde procurar essa isoforma RARα, os pesquisadores tentaram descobrir com quais outras proteínas o RARα interagia. Este trabalho revelou interações com a quinase ZAP70, um dos principais componentes do sinalossoma TCR.
Outra pista importante e inicial de que o RARα tinha um papel fora do núcleo veio do trabalho de proteômica liderado pelo Myers Lab. Os pesquisadores usaram técnicas de espectrometria de massa para detectar um processo chamado fosforilação, que é quando uma molécula chamada grupo fosforil é ligada a proteínas por uma quinase a montante.
Para as células T, a fosforilação estimula as principais proteínas a entrar em ação quando uma ameaça está próxima. “Existem centenas a milhares de eventos dinâmicos de fosforilação que ocorrem durante a primeira hora ou mais de estimulação das células T”, diz Myers.
Enquanto Myers e seus colegas examinavam seus dados, eles ficaram surpresos ao detectar um evento de fosforilação relacionado ao RARα. Na verdade, a fosforilação do RARα começou apenas três minutos após a ativação das células T. “Como esse evento foi tão precoce, nossas descobertas sugerem que essa fosforilação do RARα está próxima ao receptor da célula T – e tem uma explosão de atividade logo após o TCR ser estimulado”, diz Myers.
Esta descoberta acrescentou à evidência de que a isoforma citoplasmática de RARα é ativada pelo TCR em vez de RA como o RARα nuclear. Assim, esta nova forma de RARα representa um componente essencial do complexo de ativação TCR/ZAP70 na superfície celular.
Cheroutre e seus colegas lançaram luz sobre outro fenômeno fascinante no citoplasma. Os cientistas sabiam que o RA, que está presente no sangue e é captado pelas células T, é posteriormente transportado para o núcleo por uma molécula chamada proteína celular de ligação ao ácido retinóico 2 (CRABP2). CRABP2 no citoplasma se liga ao RA e o transporta para o núcleo da célula, onde ativa o RARα nuclear.
Os pesquisadores mostraram que, sem o CRABP2, o RA permanece no citoplasma da célula T e, em vez de ativar o RARα citoplasmático, interfere com o RARα ativado por TCR no citoplasma e bloqueia a ativação das células T. Como resultado, a célula T não pode mais combater efetivamente infecções ou matar células cancerígenas. O lado bom desse fenômeno é que a interferência do AR com o RARα citoplasmático reduz a resposta inflamatória da célula T. Os pesquisadores acham que esse processo pode ser um alvo importante para combater doenças autoimunes e outras doenças inflamatórias.
Próximas etapas para entender a sinalização TCR
O novo estudo enfatiza a importância de entender não apenas a localização de um receptor, mas também seus talentos especiais e parceiros de interação.
“Os receptores de ácido retinóico são realmente ‘formadores de complexos’ e tudo depende de quem eles recrutam ou rejeitam. Eles têm a capacidade única de envolver moléculas e liberar outras moléculas”, diz Cheroutre. “Os receptores do ácido retinóico são os ‘arquitetos’ dos complexos.”
O estudo atual se concentrou nas células T, mas pode ter implicações para a compreensão da sinalização em muitos outros tipos de células. Por exemplo, o Cheroutre Lab passou a mostrar a superexpressão dessa isoforma RARα no citoplasma das células cancerígenas. O que o RARα extranuclear está fazendo lá? Que sinais ele ajuda a retransmitir?
“Entender o papel desse receptor tem implicações importantes para o estudo da imunidade protetora, terapias anticancerígenas, doenças autoimunes e doenças neurológicas”, diz Cheroutre.
O Myers Lab liderará as próximas etapas desta pesquisa. Myers espera descobrir exatamente o que o RARα faz no complexo de sinalização TCR/ZAP70. “Ele modula a força ou a duração da sinalização? Como essa mudança no sinal se propaga para a expressão gênica e a atividade das células T?” ele pergunta. Seu laboratório planeja usar uma abordagem de “bioquímica de sistemas” para estudar ainda mais o papel do RARα citoplasmático e nuclear na ativação e diferenciação de células T.
“O objetivo final é ver se podemos identificar um novo caminho, ou conjunto de caminhos, que possa ser explorado para controlar doenças autoimunes e inflamações ou aumentar a imunidade protetora para erradicar tumores ou combater infecções”, diz Myers.
Autores adicionais do estudo, “Um circuito regulatório controlado por receptor de ácido retinóico extranuclear e nuclear α determina a ativação e a função das células T”, são os co-primeiros autores Alexandre Larange, Ikuo Takazawa, Kiyokazu Kakugawa e Nicolas Thiault; e os coautores Soomun Ngoi, Meagan E. Olive, Hitoshi Iwaya, Laetitia Seguin, Ildefonso Vicente-Suarez, Stephane Becart, Greet Verstichel, Ann Balancio, Amnon Altman, John T. Chang, Ichiro Taniuchi e Bjorn Lillemeier.
Este estudo foi financiado pelos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA (concede U01 AI125957, P01 DK46763 e R01 AI106298), a Fundação Philippe e uma bolsa CCFA (697275).
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