As células-tronco transbordam de potencial. Sua capacidade de se tornarem outros tipos de células é crucial para nossos corpos, tanto durante o desenvolvimento quanto ao longo da vida. Mas esse potencial pode ser nossa ruína se der errado, transformando algumas de nossas células mais úteis em cânceres malignos.
Ao investigar um caminho envolvido na diferenciação de células-tronco, pesquisadores da UC Santa Barbara descobriram que, em vez de formar uma linha de montagem ou estrutura rígida, todas as proteínas envolvidas se fundem em uma gota líquida. Por meio de modelagem e manipulação, a equipe começou a revelar como as células usam essa gotícula para processar e transmitir informações e como ela pode funcionar mal em cânceres. Seus resultados aparecem nos Proceedings of the National Academy of Sciences .

“Os mesmos processos que organizam gotas de orvalho em uma teia de aranha estão acontecendo nas células para fazer esse computador molecular líquido aparecer ou desaparecer sob comando”, disse o autor sênior Max Wilson, professor assistente do Departamento de Biologia Molecular, Celular e do Desenvolvimento. . “E quando dá errado, causa basicamente 100% dos cânceres colorretais e está implicado em um grande número de outros cânceres”.

Um processo importante

Uma série de mecanismos guia uma célula-tronco para se diferenciar em um tipo de célula especializada. Entre as mais importantes está a via Wnt - abreviação de "local de integração relacionado sem asas" - que recebe informações de fora da célula, processa-as e transmite instruções ao núcleo. Isso inicia uma cadeia de ações que diz à célula-tronco que é hora de se diferenciar, bem como que tipo de célula se tornar. A via Wnt está envolvida na determinação do destino de cada célula-tronco, explicou Wilson, e parece inalterada em praticamente todos os animais.

A diferenciação de células-tronco é bastante importante durante o desenvolvimento embrionário. No entanto, existem áreas do corpo onde temos células-tronco mesmo quando adultos, como nossos intestinos, medula óssea e pele, para citar alguns. As vias de diferenciação desempenham um grande papel na função desses tecidos e órgãos.

Dada a sua importância, Wilson e seus colegas queriam aprender como a via Wnt estava fisicamente organizada dentro da célula. Eles se concentraram em duas proteínas – Axina e APC – que parecem fornecer o suporte para todo o processo, orquestrando a intrincada dança de outras proteínas.

A função segue o formulário

Entender uma proteína requer entender sua estrutura, pois a geometria intrincada da molécula geralmente importa tanto quanto sua composição. Assim, a equipe alimentou a composição química das proteínas em um programa chamado AlphaFold, um software de aprendizado profundo que o Google desenvolveu para prever as estruturas que as proteínas assumem.

O programa retornou "uma pilha aleatória de espaguete", que é o mais próximo que a IA chega de um encolher de ombros e uma mensagem de erro, disse Wilson.

Isso sugeriu que Axin e APC podem estar trabalhando de uma forma muito não convencional. Em vez de funcionar como uma fechadura e chave rígidas, as proteínas poderiam funcionar de uma maneira muito mais fluida e dinâmica. "Pensamos que eles poderiam estar formando líquidos intracelulares, como gotículas de óleo no molho de salada", disse Wilson. A única maneira de saber era olhar.

Então eles usaram CRISPR/Cas9 para adicionar uma etiqueta fluorescente a todas as principais proteínas que eles sabiam que faziam parte da via Wnt. Em seguida, eles observaram através do microscópio as proteínas coalescerem em uma gota líquida dentro do citoplasma da célula.

Um caminho peculiar

É nesta gotícula líquida que ocorre a maior parte da via Wnt, que eventualmente envia uma mensagem ao núcleo dizendo à célula para se diferenciar. Também desencadeia mudanças na expressão gênica que ditam o que a célula-tronco se torna. "É como um pequeno computador líquido, bem no meio da célula", ponderou Wilson. Apesar de sua importância, esta foi a primeira vez que os cientistas observaram a via Wnt em ação.

Além disso, o grupo observou que a gota sempre se formava ao lado do núcleo. Na verdade, ele ficava ao redor do centrossomo – a estrutura que separa os cromossomos quando uma célula se divide. Wilson ainda está explorando esse aspecto do caminho. "Para mim, isso sugere que isso pode ser uma estratégia anti-câncer embutida", disse ele. "Pode ser uma forma de coordenar o crescimento, a forma e a diferenciação dos tecidos. Ainda não sabemos."

Além de orquestrar o quadro de outras proteínas envolvidas, Axina e APC parecem ser os compostos mais importantes na criação da própria gotícula. Enquanto isso, as proteínas Wnt são os principais atores nos eventos que ocorrem dentro do blob. A gota está processando continuamente uma proteína chamada β-catenina, que é produzida em outro lugar. O blob lê, modifica e envia de volta para a célula. E há uma série de proteínas auxiliares, muitas com várias outras funções dentro do corpo.

Surpresa com o que encontraram, a equipe simulou a gota usando um modelo numérico. Eles mostraram que ter todas as proteínas Wnt concentradas em uma gota torna a via muito mais eficiente do que se estivesse difundida por todo o citoplasma. O blob funciona essencialmente como uma pequena câmara de reação.

Continuando sua investigação, a equipe ajustou a proporção das proteínas dentro da gota. Eles descobriram que o aumento da axina fez com que muitas pequenas gotículas se formassem em toda a célula, não no centrossomo. Enquanto isso, aumentar o APC fez a gota inicial crescer. A equipe está investigando ativamente esse aspecto do caminho.

Axina e APC não são as únicas proteínas que se comportam dessa maneira peculiar. "O nucléolo e grânulos de estresse também são exemplos de condensados ​​de proteínas líquidas", disse Wilson. "Estamos apenas começando a caracterizar essas chamadas 'proteínas líquidas'."

A conexão com o câncer

A via Wnt tem uma forte ligação com o câncer colorretal. As células epiteliais intestinais vivem apenas cerca de três dias antes de se desprenderem. Eles são reabastecidos por células-tronco que residem em reentrâncias protegidas no revestimento intestinal. Quando uma substituição é necessária, a célula-tronco se divide e uma filha se torna uma célula intestinal à medida que migra para cima.

Uma mutação nos genes envolvidos na via Wnt pode fazer com que uma célula se torne cancerosa — crescendo e se multiplicando sem levar em conta seus vizinhos ou condições ambientais. "Por exemplo, algo como 95% dos indivíduos com câncer colorretal têm uma grande parte faltando em seu gene APC", disse Wilson.

Claramente, alterar o gene de alguma forma altera a dinâmica e a estrutura do Wnt blob. E enquanto tanto Axin quanto APC compõem a gota, a via parece muito mais sensível a problemas com o gene APC. Esta é outra faceta do sistema que a equipe está pesquisando atualmente.

Há uma grande necessidade não atendida de tratamentos de câncer colorretal. "Não há imunoterapia para isso", disse Wilson. "Não há intervenção, exceto pela quimioterapia."

Na verdade, não há medicamentos aprovados pelo FDA que tenham como alvo a via Wnt. "Esse fato, por si só, sugere que podemos estar pensando sobre isso incorretamente", disse Wilson. “E essa nova ideia de um líquido orquestrando todo o processo pode nos ajudar a projetar novos medicamentos e terapias”.

"Sabemos que a via Wnt também está implicada em outros tipos de câncer", disse Wilson. Os pesquisadores estão analisando como as mutações do câncer afetam a dinâmica das gotículas e mapeando todas as proteínas envolvidas na via Wnt. Um catálogo adequado deve fornecer uma lista de possíveis alvos para novas terapias, explicou. + Explorar mais

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