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Cientistas da Johns Hopkins Medicine dizem que a chave para o movimento celular é regular a carga elétrica no lado interior da membrana celular, potencialmente abrindo caminho para a compreensão do câncer, células imunes e outros tipos de movimento celular.
Seus experimentos em células imunológicas e amebas mostram que uma abundância de cargas negativas que revestem a superfície interior da membrana pode ativar vias de lipídios, enzimas e outras proteínas responsáveis por empurrar uma célula em uma determinada direção.
As descobertas, descritas na edição de outubro da Natureza Biologia Celularavançam a compreensão dos biólogos sobre o movimento celular e podem potencialmente ajudar a explicar os processos biológicos associados ao movimento, como como as células cancerígenas se movem e se espalham além do local original de um tumor e como as células imunes migram para áreas de infecção ou cicatrização de feridas.
“Nossas células estão se movendo dentro de nosso corpo mais do que imaginamos”, diz Peter Devreotes, Ph.D., professor de Isaac Morris e Lucille Elizabeth Hay e professor de serviço distinto no Departamento de Biologia Celular da Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins. “As células se movem para realizar muitas funções, inclusive quando absorvem nutrientes ou quando se dividem.”
Muitas das moléculas envolvidas no movimento celular são ativadas na borda frontal da célula, ou onde forma uma espécie de pé, ou saliência, que orienta a célula em uma direção específica.
Tatsat Banerjee, estudante de pós-graduação em Biologia Celular e Departamentos de Engenharia Química e Biomolecular da Johns Hopkins e principal autor do estudo, começou a perceber que as moléculas lipídicas carregadas negativamente que revestem a camada interna das membranas celulares não eram uniformes, como os cientistas pensavam anteriormente. . Ele notou que esse conjunto de moléculas consistentemente deixa as regiões onde uma célula faz uma saliência. Banerjee teve um palpite de que uma propriedade biofísica geral, como carga elétrica, em vez de uma molécula específica, poderia estar estimulando e organizando as atividades de enzimas e outras proteínas relacionadas ao movimento celular.
Para testar essa ideia, Banerjee e Devreotes usaram um biossensor, um peptídeo marcado com fluorescência e carregado positivamente para examinar o revestimento interno da membrana das células imunológicas humanas, chamadas macrófagos, que engolem as células invasoras e uma habitação unicelular no solo. ameba, chamada Dictyostelium discoideum.
Eles descobriram que quando e onde as células formavam saliências, havia uma redução correspondente da carga elétrica negativa ao longo da membrana interna. Alternativamente, ao longo da superfície da membrana em repouso das células, a carga elétrica aumentou, o que contribui para o recrutamento de proteínas com carga mais positiva.
Os pesquisadores da Johns Hopkins também projetaram novas moléculas altamente carregadas e geneticamente codificadas que podem ser movidas dentro da célula com a luz. Onde quer que os cientistas iluminassem a célula, novas saliências se formariam ou suprimiriam para mover a célula em uma determinada direção, dependendo se a carga da superfície diminuísse ou aumentasse.
Devreotes diz que esses resultados experimentais são possivelmente a primeira prova de que o nível de carga genérica da superfície da membrana tem um papel causal no controle da sinalização e motilidade celular.
Colaborando com Pablo Iglesias, Ph.D., e sua equipe de pesquisa no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Johns Hopkins Whiting School of Engineering, os pesquisadores construíram um modelo computacional para demonstrar como pequenas mudanças nas cargas elétricas na membrana interna afetam atividades de sinalização celular.
“A carga negativa da superfície parece ser suficiente e necessária para ativar uma cascata de reações biomoleculares que foram ligadas ao movimento celular”, diz Banerjee.
Comentando sobre o estudo atual em F1000 Opiniões do corpo docente, Martin Schwartz, Ph.D., professor Robert W. Berliner de Medicina (Cardiologia) e professor de Engenharia Biomédica e de Biologia Celular na Yale School of Medicine, que não está relacionado a este estudo, disse, “..Este papel tem o potencial para iniciar uma nova direção neste campo.”
Em seguida, os cientistas planejam estudar precisamente como e quando as cargas elétricas são reduzidas ao longo da membrana interna em resposta a sinais externos e como, exatamente, as cargas negativas se conectam com as complicadas redes de sinalização de proteínas e lipídios que induzem o movimento celular e outros associados processos fisiológicos.
A pesquisa foi financiada pelos Institutos Nacionais de Saúde (R35 GM118177, S10 OD016374), DARPA e AFOSR MURI.
Vídeo: https://youtu.be/gPD8kXk_fYk
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