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Uma equipe de pesquisadores descreve em Biologia Celular da Natureza o mecanismo pelo qual a proteína MEC-2 condensa dos neurônios receptores de toque faz a transição do estado fluido para o estado sólido, mudando seu papel na transmissão de forças mecânicas. Essas descobertas abrem caminho para o desenvolvimento de terapias e tratamentos inovadores.
O toque desempenha um papel fundamental no nosso bem-estar físico, emocional e social. Desde uma forma primária de transmitir emoções até à integração sensorial, é crucial para o crescimento complexo das capacidades cognitivas, emocionais, sociais e comportamentais, especialmente durante o desenvolvimento inicial de bebés e crianças. O toque permite-nos construir ligações com outras pessoas, alivia a dor e o stress e ajuda-nos a compreender o mundo que nos rodeia, fornecendo informações cruciais como a textura, a temperatura e a forma dos objetos.
Ao sentir qualquer estímulo, como quando o corpo está sendo tocado, os sinais mecânicos são transformados em respostas biológicas que nos ajudam a nos adaptar a ambientes em constante mudança. Esta transformação envolve uma variedade de processos intracelulares e moleculares dentro das células que nos permitem perceber e responder a estímulos táteis, convertendo eficazmente os estímulos físicos em atividade elétrica. A capacidade das células de sentir e transmitir forças mecânicas depende da correta montagem, localização e propriedades mecânicas dos complexos proteicos na via de transmissão de força. Freqüentemente, grandes complexos de proteínas macromoleculares formam condensados semelhantes a líquidos em um processo semelhante à separação de fases.
Tais condensados biomoleculares são encontrados em muitas, senão em todas as células eucarióticas, e desempenham um papel vital em vários processos fisiológicos e patológicos, constituindo um alvo clínico promissor. Devido à natureza líquida destes condensados biomoleculares, o seu papel na mecanotransdução, isto é, qualquer mecanismo pelo qual as células convertem o estímulo mecânico em atividade eletroquímica, não é claro. Embora estudos tenham mostrado que as propriedades de seus materiais podem mudar de líquido para sólido ao longo do tempo, resta uma questão: esses condensados, com propriedades materiais diferentes, podem ter funções biológicas diferentes?
Examinando condensados de proteínas MEC-2 em neurônios receptores de toque
Para responder à questão, os investigadores do ICFO Neus Sanfeliu, Frederic Català, Iris Ruider, Montserrat Porta e Stefan Wieser, liderados pelo Prof. Michael Krieg, em colaboração com os investigadores do IRB Barcelona Borja Mateos, Carla Garcia, Maria Ribera e Adrià Canals, liderados pelo ICREA Prof. Xavier Salvatella, publica um estudo em Biologia Celular da Natureza identificar o mecanismo pelo qual os condensados de proteínas específicas passam do estado líquido para o sólido, permitindo a estabilidade e transmissão das forças mecânicas.
O foco do estudo foi a proteína MEC-2, membro da família Estomatina, essencial para a mecânica da membrana e modulação da atividade do canal iônico. Sanfeliu e a equipe descobriram que o MEC-2 também forma condensados nos neurônios receptores de toque da lombriga Caenorhabditis elegans, um organismo modelo amplamente utilizado para estudar a estrutura e função do sistema nervoso.
Os pesquisadores criaram animais transgênicos carregando uma única cópia da proteína MEC-2 marcada com um rótulo fluorescente. Combinando imagens de fluorescência em um microscópio confocal invertido e a técnica FRAP, um método de microscopia de fluorescência, eles identificaram duas populações diferentes de MEC-2 dentro dos neurônios receptores de toque: um reservatório líquido e móvel, próximo ao corpo celular, que facilita o transporte ao longo do fino neurônios; e uma população madura sólida nas neurites distais. Eles aplicaram estímulos mecânicos à parede corporal do animal usando um dispositivo híbrido microfluídico-pneumático e observaram, em combinação com a técnica de microscopia de fluorescência FRET usada para estudar interações moleculares, que apenas populações maduras sustentam forças mecânicas durante o toque.
Para analisar detalhadamente as propriedades desses condensados proteicos, os pesquisadores reproduziram o processo de condensação no tubo de ensaio e realizaram experimentos de ressonância magnética nuclear, revelando os mecanismos moleculares que levam à condensação e regulam as propriedades mecânicas dos condensados. Além disso, usando uma técnica chamada microreologia de pinça óptica, eles estudaram como as propriedades mecânicas dos condensados de proteínas purificadas mudavam ao longo do tempo.
Mudar de fluido para sólido muda a função dos condensados
Com a ajuda de uma triagem específica de neurônios, Sanfeliu e colegas identificaram que outra proteína, UNC-89 da superfamília Titin, foi responsável por promover a maturação da rigidez dos condensados MEC-2 in vivo. Esta transformação estrutural levou a uma mudança na sua função biológica, que passou de facilitar o transporte da proteína para facilitar a integração e conversão de sinais mecânicos durante a mecanosensação.
Estas descobertas descrevem uma nova função biológica da transição de fase líquida para sólida das proteínas MEC-2. Ainda mais, eles também traçam um novo papel, até então não identificado, para as proteínas UNC-89 nos neurônios.
Dados os papéis significativos que os condensados biológicos desempenham em vários processos fisiológicos e patológicos, uma melhor compreensão das suas funções pode abrir novas possibilidades para terapias e tratamentos inovadores, tais como aqueles que visam compreender os detalhes moleculares que impulsionam as transições de rigidez na saúde e na doença.
“Estamos realmente entusiasmados com o papel da maturação do condensado na mecanotransdução”, comenta o professor do ICFO Michael Krieg, “e em procurar maneiras de investigar como os defeitos na condensação de proteínas atuam no desenvolvimento de distúrbios neurológicos.”
O professor do ICREA no IRB Barcelona Xavier Salvatella conclui “Já se sabe há algum tempo que mudanças nas propriedades materiais dos condensados podem ser prejudiciais e levar a doenças, mas este trabalho mostra como eles também podem ser funcionais e ser regulados por interações proteína-proteína . Foi ótimo contribuir para esta descoberta e esperamos continuar a trabalhar nisso junto com nossos colegas do ICFO “
Este estudo é uma indicação dos esforços colaborativos bem-sucedidos que ambos os grupos de pesquisa tiveram na obtenção desses resultados. Como conclui Krieg, “Esperamos continuar a colaborar com o grupo de investigação de Salvatella no IRB Barcelona, na esperança de encontrar novos resultados surpreendentes que possam ajudar-nos ainda mais a compreender as propriedades mecânicas das células a nível molecular e de sistemas, para resolver problemas de saúde e doenças”.
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