Assim como humanos, plantas e bactérias, o parasita unicelular Toxoplasma gondii (T. gondii) usa o cálcio como mensageiro para coordenar importantes processos celulares. Mas enquanto o mensageiro é o mesmo, as vias de comunicação que se formam em torno do cálcio diferem significativamente entre os organismos.
“Como os parasitas do Toxoplasma são tão divergentes de nós, eles desenvolveram seus próprios conjuntos de proteínas que estão envolvidas nas vias de sinalização do cálcio”, disse Alice Herneisen, estudante de pós-graduação no laboratório do membro do Instituto Whitehead, Sebastian Lourido.

Lourido e seu laboratório estudam os mecanismos moleculares que permitem que o parasita unicelular T. gondii e patógenos relacionados sejam tão disseminados e potencialmente mortais - e a sinalização de cálcio é uma parte importante do processo do parasita de invadir seus hospedeiros. "O cálcio governa essa transição muito importante dos parasitas que se replicam dentro das células hospedeiras para os parasitas que saem dessas células e procuram novas para infectar", disse Lourido. "Estamos realmente interessados ​​em como o cálcio atua na regulação das proteínas dentro do parasita."

Um artigo publicado em 17 de agosto na eLife fornece alguns insights. No artigo, Herneisen, Lourido e colaboradores usaram uma abordagem chamada de perfil térmico para pesquisar amplamente quais proteínas do parasita estão envolvidas na sinalização de cálcio em T. gondii. O novo trabalho revela que uma proteína inesperada desempenha um papel nas vias de cálcio do parasita e fornece novos alvos que os cientistas poderiam usar para impedir a propagação do parasita. Os dados também servirão como um recurso que outros pesquisadores do Toxoplasma poderão usar para descobrir se suas próprias proteínas de interesse interagem com as vias do cálcio nas células do parasita.

O calor está ligado

Ao estudar as vias do cálcio em humanos, os pesquisadores muitas vezes podem traçar paralelos do trabalho em camundongos. "Mas os parasitas são muito diferentes de nós", disse Lourido. “Todos os princípios que aprendemos sobre a sinalização de cálcio em humanos ou camundongos não podem ser facilmente traduzidos para parasitas”.

Então, para estudar esses mecanismos no Toxoplasma, os pesquisadores tiveram que começar do zero para determinar quais proteínas estavam envolvidas. Foi aí que surgiu o método de perfil térmico. O método é baseado na observação de que as proteínas são projetadas para funcionar bem em temperaturas específicas e, quando fica muito quente para elas, elas derretem. Considere os ovos:quando as proteínas das claras e gemas são aquecidas em uma frigideira, as proteínas começam a derreter e congelar. "Quando pensamos em uma proteína derretendo, o que queremos dizer é que as proteínas se desfazem", disse Lourido. "Quando as proteínas se desfazem, elas expõem cadeias laterais que se ligam umas às outras. Elas deixam de ser proteínas individuais que são bem dobradas e se tornam uma malha."

Pequenas mudanças na estrutura química de uma proteína – como as mudanças resultantes da ligação de uma pequena molécula como o cálcio – podem alterar o ponto de fusão de uma proteína. Os pesquisadores podem então rastrear essas alterações usando métodos proteômicos. "As proteínas que se ligam ao cálcio estão mudando em resposta ao cálcio e, em última análise, alterando sua estabilidade térmica", disse Herneisen. "Esse é o tipo de linguagem das proteínas, alterações em sua estabilidade térmica."

O método de perfil térmico funciona aplicando calor às células do parasita e representando graficamente como cada uma das proteínas do parasita responde às mudanças de temperatura sob diferentes condições (por exemplo, a presença ou ausência de cálcio). Em um artigo de 2020, os pesquisadores usaram o método de perfil térmico para investigar o papel de uma proteína chamada ENH1 na sinalização de cálcio.

Em seu novo artigo, Lourido e Herneisen investigaram o efeito do cálcio em todas as proteínas do parasita usando duas abordagens. Os pesquisadores combinaram parasitas com quantidades específicas de cálcio, aplicaram calor e, em seguida, realizaram técnicas de proteômica para rastrear como o cálcio afetava o comportamento de fusão de cada proteína. Se o ponto de fusão de uma proteína fosse maior ou menor do que o normal, os pesquisadores poderiam deduzir que essa proteína foi alterada pelo próprio cálcio ou por outro participante em uma via de sinalização de cálcio.

Eles então trataram os parasitas com um produto químico que os levou a liberar cálcio armazenado de maneira controlada e mediram como uma modificação de proteína chamada fosforilação mudou ao longo do tempo. Juntos, esses métodos permitiram inferir como as proteínas podem sentir e responder ao cálcio dentro da rede de sinalização.

Sua abordagem forneceu dados sobre quase todas as proteínas expressas nas células do parasita, mas os pesquisadores se concentraram em uma proteína específica chamada Proteína Fosfatase 1 (ou PP1). A proteína é onipresente em muitas espécies, mas nunca foi anteriormente implicada nas vias de sinalização do cálcio. Eles descobriram que a proteína estava concentrada na extremidade frontal do parasita. Esta região da célula do parasita está envolvida na motilidade e na invasão do hospedeiro.

O papel da proteína nos parasitas – e nos outros organismos em que aparece – é remover as pequenas moléculas chamadas fosfatos das proteínas fosforiladas. "Esta é uma modificação que muitas vezes pode alterar a atividade de proteínas individuais, porque é essa grande carga que foi covalentemente presa à superfície da proteína", disse Lourido. "Isso acaba sendo um princípio pelo qual muitos, muitos processos biológicos diferentes são regulados."

Como exatamente o PP1 interage com o cálcio continua a ser visto. Quando os pesquisadores esgotaram o PP1 nas células do parasita, descobriram que a proteína está de alguma forma envolvida em ajudar o parasita a absorver o cálcio necessário para o movimento. Não está claro se ele realmente se liga ao cálcio ou está envolvido na via através de outro mecanismo.

Como os parasitas usam a sinalização do cálcio para coordenar as mudanças do ciclo de vida, como entrar ou sair das células hospedeiras, as informações sobre os principais atores nas vias do cálcio podem ser uma benção para a saúde pública. "Esses são os pontos de pressão ou os hubs que seriam ideais para atingir, a fim de evitar a propagação e a patogênese desses parasitas", disse Herneisen.

Herneisen e colaboradores se concentraram principalmente em PP1, mas existem muitas outras proteínas para investigar usando os dados deste projeto. "Acho que parte da razão pela qual eu queria lançar este artigo é para que o campo pudesse dar os próximos passos", disse ela. "I'm just one person—it would be great if 20 other people find that the protein that they were studying is calcium responsive, and they can chase down the exact reason for that or how it is involved in this greater calcium signaling network. This was exciting for us with regards to PP1, and I'm sure other researchers will make their own connections." + Explorar mais

Parasite research heats up