Para desempenhar uma infinidade de funções dentro das células do nosso corpo, muitos tipos de proteínas de trabalho pesado entram e saem de gotículas densas chamadas condensadas para acelerar as reações bioquímicas conforme necessário.
Mas esta fluidez pode desmoronar em doenças – como a doença de Alzheimer, a doença de Parkinson e a esclerose lateral amiotrófica (ELA) – que são marcadas por agregados sólidos de proteínas protuberantes que se formam nas células nervosas.
Agora, uma equipe de investigadores desenvolveu uma nova abordagem para obter imagens do momento em que as proteínas conhecidas por se agregarem em doenças neurodegenerativas começam a juntar-se.
Formando estruturas marcantes como aglomerados, placas e fibrilas emaranhadas, “as proteínas não apresentam mais reversibilidade rápida de volta à forma líquida”, explica o biofísico de proteínas Yi Shen, da Universidade de Sydney, que liderou o estudo.
“Portanto, é crucial monitorar a dinâmica dos condensados, pois eles afetam diretamente os estados patológicos”.
Pesquisas anteriores demonstraram que as proteínas que se agregam na ELA, uma doença debilitante que afeta a função motora, existem num estado “supersaturado” em concentrações muito elevadas que excedem as suas solubilidades típicas. Em outras palavras, essas proteínas estão oscilando no limite como formas solúveis e são propensas a solidificar se a célula ficar sobrecarregada.
Para examinar mais de perto o comportamento de proteínas como essas, Shen e colegas desenvolveram duas novas maneiras de monitorar de perto a transição de uma proteína da fase líquida para a fase sólida.
O primeiro teste foi para uma molécula de ligação ao DNA/RNA chamada proteína fundida no sarcoma (FUS), que se agrega na ELA e na demência frontotemporal.
Quando proteínas como o FUS se concentram como um gel em condensados, uma fase densa e rica em proteínas é cercada por uma fase diluída e sem moléculas. Aproximar tantas proteínas pode fazer com que a mistura se agregue ainda mais, irreversivelmente em aglomerados sólidos.
Os pesquisadores criaram imagens de soluções de condensados FUS à medida que se formavam ao longo de 24 horas, usando duas abordagens que coletavam a luz refratada e espalhada de volta pelas densas ‘bolas’ de proteína. Os padrões refletiam as estruturas internas e a densidade dos condensados, que solidificaram após cinco dias.
“Usamos uma câmera rápida para gravar longas sequências de imagens de campo claro em uma alta taxa de quadros. Isso nos permite explorar simultaneamente dinâmicas rápidas (adquirindo em altas taxas de quadros) e lentas (adquirindo por um longo tempo)”, Shen e colegas escrever em seu artigo publicado.
Como uma explosão no meio da noite, podemos ver as proteínas verdes fluorescentes emergirem da escuridão à medida que se agregam, parecendo extrair cada vez mais proteínas da solução nas bordas dos condensados até que toda a massa aparentemente implode.
Se você perdeu isso no vídeo de lapso de tempo acima, assista com atenção novamente: ele mostra que a transição da proteína líquida para a sólida começa na borda externa do condensado esférico, que engrossa e migra para dentro, para o núcleo, até que toda a gota se torne sólida. -como gel.
“Este é um grande passo para a compreensão de como as doenças neurogenerativas se desenvolvem a partir de uma perspectiva fundamental”, diz Shen.
“Podemos agora observar diretamente a transição destas proteínas críticas de líquido para sólido em nanoescala – uma escala de um milionésimo de metro”, acrescenta Daniele Vigolo, engenheira biomédica também da Universidade de Sydney.
Embora os experimentos tenham sido conduzidos em soluções de proteínas produzidas em laboratório e obviamente haja muito mais acontecendo dentro das células, os pesquisadores dizem que suas descobertas fornecem novos insights sobre o processo físico fundamental subjacente às doenças neurodegenerativas.
Se as técnicas de imagem puderem ser replicadas com outras proteínas, poderemos aprender muito mais sobre as estranhas formas como essas proteínas interagem.
Publicado em 03/09/2023 23h42
Artigo original:
Estudo original: