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Pesquisadores do Instituto La Jolla de Imunologia (LJI) finalmente descobriram como uma enzima chamada O-GlcNAc transferase (OGT) mantém as células saudáveis. Suas descobertas, publicadas no Anais das Academias Nacionais de Ciênciasrevela um aspecto fundamental da biologia celular e pode levar a importantes avanços médicos.
“Muitas doenças estão relacionadas à função OGT”, diz o instrutor da LJI Xiang Li, Ph.D., que atuou como primeiro autor do novo estudo. “Por exemplo, muitos estudos mostraram função OGT anormal em câncer, diabetes e doenças cardiovasculares”.
O novo estudo, liderado por Li e co-liderado por LJI Professor Anjana Rao, Ph.D., e LJI Assistant Professor Samuel Myers, Ph.D., é o primeiro a mostrar que OGT controla a sobrevivência celular regulando uma proteína crítica chamada mTOR.
As células dependem do mTOR para manter suas usinas mitocondriais funcionando. Sem mTOR funcional, as células falham em quase todas as suas funções básicas, desde a síntese de proteínas até a proliferação celular. Não é de surpreender que a disfunção do mTOR também seja uma marca registrada de muitas doenças.
“OGT é importante para todas as células do corpo”, explica Myers. “Graças a esta pesquisa, agora temos um modelo que podemos usar para estudos futuros sobre o que cada parte do OGT faz”.
O primeiro e único OGT
OGT é uma enzima chamada transferase. Esse tipo de enzima realiza um trabalho chamado glicosilação, onde moléculas de açúcar são adicionadas a proteínas recém-sintetizadas. A OGT é única entre as transferases porque modifica proteínas dentro das células, em vez de proteínas na superfície celular ou proteínas secretadas.
Na verdade, o trabalho de glicosilação da OGT é tão importante que as células embrionárias morrerão sem ela. Mas até agora, os cientistas não sabiam por quê.
Como explica Myers, a natureza essencial do OGT é o que o torna tão difícil de estudar. Os cientistas geralmente estudam enzimas e outras proteínas desenvolvendo células que não possuem os genes para essas proteínas. Eles geram as novas células disfuncionais e depois investigam como as coisas deram errado.
Mas com o OGT, esse tipo de experimento terminaria antes mesmo de começar. Como existe apenas um OGT, os cientistas não conseguiram excluí-lo ou reduzir sua função sem simplesmente matar as próprias células que precisam estudar. “Sabíamos que o OGT era essencial para a sobrevivência celular, mas por mais de 20 anos não sabíamos por quê”, diz Li.
Para o novo estudo, Li conseguiu contornar esse problema usando um sistema induzível para deletar o gene OGT. Ele trabalhou com células-tronco embrionárias de camundongos e então usou uma versão induzível de uma proteína conhecida como Cre para deletar o gene da OGT. Isso significava que as células poderiam crescer normalmente até que os cientistas decidissem ativar o processo, após o que as células que haviam perdido o gene OGT começaram a parar de proliferar e morrer.
A equipe descobriu que a exclusão do gene da OGT levou a um aumento anormal na função de uma enzima chave chamada mTOR, que regula o metabolismo celular. A exclusão do gene da OGT também alimentou um processo essencial, mas potencialmente perigoso, nas células chamado fosforilação oxidativa mitocondrial.
Por que a fosforilação oxidativa mitocondrial é tão perigosa? Esse processo nas células faz parte de um caminho delicado que permite que as células produzam ATP (a molécula que alimenta uma célula). O ATP pode ser produzido pela glicólise, bem como pela fosforilação oxidativa mitocondrial, e perturbar esse equilíbrio pode ter consequências devastadoras para as células.
Felizmente, a OGT protege a atividade mTOR e a aptidão mitocondrial, mantendo a síntese de proteínas funcionando sem problemas e regulando os níveis de aminoácidos dentro das células. É importante ressaltar que os pesquisadores descobriram o mesmo papel protetor da OGT nas células T CD8 +, o que sugere que a enzima funciona da mesma maneira nos tipos de células de mamíferos, não apenas nas células-tronco embrionárias de camundongos.
Pesquisadores ao resgate
Mesmo as células disfuncionais sem OGT não foram condenadas para sempre. Os cientistas conseguiram “resgatar” as células disfuncionais usando uma nova tecnologia de ponta para edição de genes chamada CRISPR/Cas9.
Ao perguntar se um segundo gene nas células-tronco embrionárias do camundongo restauraria o crescimento de células sem OGT, Li descobriu que o mTOR e a fosforilação oxidativa mitocondrial eram hiperativados em células sem OGT, e as células poderiam ser resgatadas diminuindo sua função.
Esta é uma boa notícia para os cientistas que esperam aprender mais sobre o papel da OGT no corpo. “Agora que podemos deletar o gene da OGT enquanto mantemos as células vivas, podemos tentar restaurar apenas pedaços da OGT para aprender mais sobre como a OGT funciona para manter as células vivas”, diz Myers.
Li diz que sua nova descoberta pode permitir que os pesquisadores estudem mais o papel da OGT e potencialmente encontrem alvos terapêuticos para neutralizar a atividade anormal. “No futuro, esperamos que nossa pesquisa possa ajudar a esclarecer questões relacionadas ao OGT disfuncional em câncer e outras doenças”, diz Li.
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