Pequenos, mas poderosos, os lisossomos desempenham um papel surpreendentemente importante nas células, apesar de seu tamanho diminuto. Compondo apenas 1-3% da célula em volume, esses pequenos sacos são os centros de reciclagem da célula, lar de enzimas que quebram moléculas desnecessárias em pequenos pedaços que podem ser reagrupados para formar novas. A disfunção lisossomal pode levar a uma variedade de doenças neurodegenerativas ou outras, mas sem maneiras de estudar melhor o conteúdo interno dos lisossomos, as moléculas exatas envolvidas nas doenças – e, portanto, novas drogas para atingi-las – permanecem evasivas.
Um novo método, relatado na Nature em 21 de setembro, permite aos cientistas determinar todas as moléculas presentes nos lisossomos de qualquer célula em camundongos. Estudar o conteúdo desses centros de reciclagem molecular pode ajudar os pesquisadores a aprender como a degradação inadequada de materiais celulares leva a certas doenças. Liderada por Monther Abu-Remaileh da Universidade de Stanford, estudioso do instituto Sarafan ChEM-H, a equipe do estudo também aprendeu mais sobre a causa de uma doença neurodegenerativa atualmente intratável conhecida como doença de Batten, informações que podem levar a novas terapias.

"Os lisossomos são fascinantes tanto fundamentalmente quanto clinicamente:eles fornecem nutrientes ao resto da célula, mas nem sempre sabemos como e quando eles os fornecem, e são os locais onde muitas doenças, especialmente aquelas que afetam o cérebro, começam ", disse Abu-Remaileh, que é professor assistente de engenharia química e de genética.

Algumas proteínas que geralmente estão localizadas nos lisossomos estão ligadas a uma série de doenças. Mutações nas instruções genéticas para fazer essas proteínas levam a esses "distúrbios de armazenamento lisossômico", como são chamados coletivamente, mas as funções de algumas dessas proteínas há muito intrigam os cientistas. Informações sobre como essas proteínas funcionam podem ajudar os cientistas a desenvolver melhores maneiras de diagnosticar, monitorar ou tratar essas doenças.

Se os cientistas quiserem estudar o papel que uma determinada proteína desempenha na célula, eles podem bloquear ou estimular sua função e ver se certas moléculas aparecem ou desaparecem em resposta. Mas estudar o conteúdo dos lisossomos é um problema de escala. “Se algo acontecer e uma molécula crescer em abundância 200 vezes no lisossomo, você verá apenas um aumento de duas vezes se olhar para toda a célula”, disse Nouf Laqtom, primeiro autor do estudo. Os resultados reveladores são enterrados no barulho.

Para silenciar o ruído, os pesquisadores teriam que separar os lisossomos de todo o resto da célula. Eles já haviam desenvolvido um método para fazer exatamente isso em células cultivadas em laboratórios, mas queriam desenvolver uma maneira de fazer a mesma coisa em camundongos.

Pescando ímãs

O primeiro passo em sua busca para isolar lisossomos foi fazer uma pequena mudança nos genes dos camundongos para instalar uma pequena etiqueta molecular na superfície de cada lisossomo em todo o animal. A qualquer momento em que eles querem parar e verificar as moléculas nos lisossomos do camundongo, como depois de jejuar ou alimentá-los com um alimento específico, eles ligam a etiqueta nas células que desejam examinar e, em seguida, removem o tecido e o trituram cuidadosamente. para abrir as células sem romper os lisossomos no interior.

Para pescar lisossomos do lodo celular, a equipe conta com ímãs. À pasta, eles adicionam minúsculas contas magnéticas que são decoradas com grampos moleculares que seguram a etiqueta lisossomal que haviam instalado anteriormente. Eles podem coletar seletivamente todos os lisossomos usando um segundo ímã e, em seguida, separar os lisossomos para revelar as moléculas que foram guardadas com segurança dentro. A espectrometria de massa, um conjunto de ferramentas que determina os pesos de diferentes moléculas em uma mistura, ajuda os pesquisadores a identificar os indivíduos em seu pot-pourri molecular lisossomal. Aqueles que crescem ou diminuem indicariam aos cientistas certos caminhos ou funções.

Exceto pela pequena etiqueta extra em cada lisossomo, esses camundongos "LysoTag" são camundongos normais de laboratório. Agora, quase qualquer pesquisador pode usar esses camundongos para estudar o papel dos lisossomos em diferentes doenças.

"Esses camundongos estão disponíveis gratuitamente para qualquer um na comunidade de pesquisa, e as pessoas já estão começando a usá-los", disse Abu-Remaileh. "Esperamos que isso se torne o padrão ouro."

Saber onde procurar

A equipe estava ansiosa para aplicar seu método para estudar os lisossomos encontrados nas células cerebrais para entender melhor as doenças neurodegenerativas de armazenamento lisossomal, começando com a doença CLN3 ou a doença juvenil de Batten. "Nós realmente vemos isso como um dos problemas mais urgentes que podemos ajudar a resolver", disse Abu-Remaileh.

Causada por uma mutação no gene que codifica uma proteína chamada CLN3, a doença juvenil de Batten é fatal e leva à perda de visão, convulsões e deterioração motora e mental progressiva em crianças e adultos jovens. A proteína CLN3 é encontrada na membrana do lisossomo, mas ninguém jamais determinou sua função na célula ou como sua disfunção leva aos sintomas observados.

Usando seus camundongos LysoTag, os pesquisadores colaboraram com especialistas do Sarafan ChEM-H Metabolomics Knowledge Center e do Whitehead Institute Metabolomics Core Facility e encontraram um aumento dramático na quantidade de um tipo de molécula chamada glicerofosfodiéster, ou GPD, em camundongos com a mutação da doença CLN3. Esses GPDs são formados temporariamente durante a degradação das moléculas gordurosas que compõem as membranas de todas as células do nosso corpo.

Em células saudáveis, os GPDs não se acumulam no lisossomo; eles são exportados para uma parte diferente da célula, onde são então degradados em pedaços menores. Os pesquisadores agora acreditam que a proteína CLN3 desempenha um papel importante nessa exportação, seja transportando diretamente as moléculas ou ajudando outra proteína a fazer esse trabalho. Eles encontraram moléculas de GPD no líquido cefalorraquidiano de pacientes com doença CLN3, o que sugere que os médicos poderiam monitorar os níveis de GPD para medir o sucesso de tratamentos futuros. A equipe agora está determinando quais das moléculas de GPD podem ser tóxicas e como as proteínas envolvidas na produção e exportação de GPDs podem ser alvo de novos medicamentos. Eles também estão aplicando seu método para observar outras doenças que envolvem mutações em genes lisossômicos, como a doença de Parkinson.

"Você não pode desenvolver novas maneiras de diagnosticar ou tratar doenças se não souber o que está mudando nos lisossomos", disse Laqtom, ex-bolsista de pós-doutorado no laboratório Abu-Remaileh. "Esse método ajuda você a ter certeza de que está olhando na direção certa. Ele aponta o caminho certo e evita que você se perca." + Explorar mais

As etiquetas moleculares revelam como os lisossomos danificados são selecionados e marcados para eliminação