Os cílios são pequenas organelas semelhantes a cabelos que se estendem das células e desempenham muitas funções, incluindo motilidade e sinalização. Os pesquisadores agora revelaram que a cilia possui um centro de transporte especializado em sua base, onde trens e cargas são montados para transporte em toda a cilia. Como defeitos neste sistema de transporte de cílios podem levar a condições como rins císticos ou cegueira, os resultados publicados em Science também fornecem novos insights sobre a base molecular para uma variedade de doenças.
Os cílios desempenham inúmeras funções para a célula:eles ajudam as células a nadar, mover fluidos e enviar mensagens umas às outras. Os cílios garantem que possamos ver, eles removem substâncias dos pulmões, movem fluidos no cérebro e nos permitem perceber cheiros e sons. Eles também são essenciais para o nosso desenvolvimento e a correta disposição dos nossos órgãos. Se sua função for perturbada, uma grande variedade de doenças pode resultar, incluindo doenças cardíacas, renais e pulmonares, cegueira ou infertilidade.

A montagem e função dos cílios dependem de grandes trens de proteínas que transportam cargas importantes para a ponta ciliar e de volta para a base. Mesmo as menores mutações em componentes individuais podem paralisar o tráfego dentro dos cílios.

A equipe de pesquisa liderada pelo professor Ben Engel no Biozentrum da Universidade de Basel, juntamente com colegas da Universidade de Genebra e do instituto de pesquisa Human Technopole em Milão, conseguiu agora examinar os cílios em seu ambiente natural. Sua análise revelou pela primeira vez a estrutura 3D nativa da base ciliar. Aqui, eles descobriram um centro de transporte movimentado, com trens sendo montados e carregados em preparação para sua jornada para os cílios.

Estação de carregamento para transporte cilia

Os cílios estão firmemente ancorados à célula em sua base. "Aqui é a estação de partida para o transporte de cílios", explica Hugo van den Hoek, primeiro autor do estudo. "Os trens são montados aqui, carregados de carga e colocados nos trilhos." Há um total de nove trilhos diferentes dentro dos cílios, chamados microtúbulos. Cada um deles consiste em duas faixas, uma para trens de saída e outra para entrada. Os trens transportam proteínas como moléculas sinalizadoras e materiais de construção para a ponta dos cílios. Na estação de destino, o trem é descarregado e desmontado.

A equipe examinou detalhadamente a composição dos trens de montagem, revelando a ordem com que os componentes do trem são montados na base ciliar. Eles também criaram imagens de estruturas na base que servem como uma barreira seletiva. "Isso regula a entrada de grandes trens até que estejam totalmente montados e carregados com as proteínas de carga necessárias para a construção e manutenção dos cílios", diz van den Hoek. "A partir da microscopia de fluorescência, também sabemos o horário exato dos trens. Os trens saem da estação de partida em nove segundos e, em seguida, todo o processo de montagem do trem começa novamente."

Organelas em 3D

Os pesquisadores resolveram a estrutura e composição da base ciliar com a ajuda de dois métodos complementares de imagem. Os grupos de pesquisa de Ben Engel em Basileia e Dr. Gaia Pigino em Milão realizaram tomografia crioeletrônica, que revela estruturas celulares nativas com detalhes moleculares requintados.

Pesquisadores liderados pela Dra. Virginie Hamel e pelo professor Paul Guichard em Genebra adicionaram dados da Microscopia de Expansão, que permitiu que várias proteínas fossem localizadas e mapeadas nas estruturas de tomografia. "Esta poderosa combinação de tecnologias nos permitiu reconstruir o primeiro modelo molecular da base ciliar e observar como ele regula a montagem e entrada desses grandes trens de proteínas", explica Paul Guichard.

“Entender o sistema de transporte e sua logística em detalhes nos ajuda a entender como os cílios são construídos e funcionam, o que também pode fornecer novas ideias para terapias para doenças dos cílios”, diz Ben Engel. Em um próximo passo, ele e seus colaboradores gostariam de examinar o que acontece na ponta ciliar:como está estruturada essa estação final e como está organizado o transporte de retorno. + Explorar mais

Insight sobre a regulação molecular da estrutura e composição do cílio