Pesquisadores resolvem o quebra-cabeça de mais de 25 anos de como as proteínas são classificadas na célula. Um complexo de proteínas conhecido como NAC (complexo associado ao polipeptídeo nascente) serve como um "porteiro" na síntese de proteínas, regulando o transporte de proteínas dentro da célula. O mecanismo molecular por trás dessa função já foi elucidado por biólogos celulares e moleculares de Konstanz dentro de um projeto colaborativo internacional.
Para a manutenção de nossas funções celulares, é essencial que as proteínas sejam transportadas para vários destinos dentro da célula - denominadas "organelas celulares" em analogia aos órgãos do nosso corpo - enquanto ainda estão sendo sintetizadas. Mas como é possível distinguir entre diferentes destinos de transporte e evitar que as proteínas cheguem às organelas erradas? Uma equipe de pesquisa internacional descobriu agora como esse processo complexo é controlado em nível molecular para um importante destino celular – o transporte de proteínas nascentes para uma rede de membrana da célula, o retículo endoplasmático.

Em sua publicação atual na revista Science , os pesquisadores conseguiram mostrar que um complexo proteico conhecido entre os especialistas como NAC, descoberto há mais de 25 anos, desempenha um papel decisivo nesse processo:como um gatekeeper, o NAC garante que apenas proteínas com o retículo endoplasmático como destino sejam passado para o transportador de proteína SRP (partícula de reconhecimento de sinal). O SRP então media o transporte da "carga" para o destino especificado. Se, por outro lado, uma proteína nascente tiver um destino diferente do retículo endoplasmático, o gatekeeper NAC nega acesso ao transportador de proteína SRP.

Fábrica de proteínas

Usando o material genético como modelo, milhares e milhares de novas proteínas são produzidas a cada minuto nas células do nosso corpo. Essa produção de proteína ocorre nos ribossomos, as "fábricas" celulares de nossos corpos, onde aminoácidos individuais - os blocos de construção das proteínas - são montados em longas cadeias de aminoácidos. As proteínas resultantes podem mais tarde assumir uma ampla variedade de funções e, consequentemente, ter diferentes destinos dentro da célula. Mecanismos de classificação adequados, portanto, muitas vezes já garantem durante a produção de proteínas que as proteínas atinjam com segurança sua respectiva localização dentro da célula.

Até agora, sabia-se que dois complexos de proteínas, os já mencionados NAC e SRP, desempenham um papel importante no transporte direcionado de proteínas nascentes para o retículo endoplasmático. SRP é a verdadeira "proteína de transporte" que estabelece o contato das proteínas nascentes com o ribossomo para o retículo endoplasmático. Ele reconhece um sinal de transporte específico que é codificado na proteína recém-sintetizada. No entanto, há um problema:o SRP também se liga de forma não específica aos ribossomos que não têm sinal para o retículo endoplasmático.

"Descontrolado, o SRP se ligaria a qualquer ribossomo próximo e o transportaria para o retículo endoplasmático, independentemente de uma proteína com esse destino estar sendo produzida ou não. Isso resultaria em inúmeros erros de entrega que prejudicariam gravemente a função e a viabilidade do a célula", explica Elke Deuerling, uma das principais autoras do estudo atual e professora de microbiologia molecular na Universidade de Konstanz. Assim, os pesquisadores concluem que existe uma instância de controle que impede exatamente isso:o gatekeeper NAC.

Rastreando o mecanismo molecular

Como exatamente o NAC impede que o SRP se ligue não especificamente a qualquer ribossomo no nível molecular e, em vez disso, garante que apenas os ribossomos corretos sejam transportados para o retículo endoplasmático não estava claro anteriormente. Os biólogos de Konstanz investigaram essa questão em seu estudo atual em colaboração com colegas da ETH Zurich (Suíça), MRC Laboratory of Molecular Biology (LMB, Cambridge, Reino Unido) e dos Institutos de Tecnologia da Califórnia (Caltech, Pasadena, EUA).

Para fazer isso, eles primeiro simularam os processos na célula misturando ribossomos purificados com NAC e SRP no tubo de ensaio. A mistura foi então congelada abaixo de -150 graus Celsius e a amostra examinada sob um microscópio eletrônico – um método conhecido como microscopia crioeletrônica. Isso permitiu que os biólogos estruturais Dr. Ahmad Jomaa e Dr. Viswanathan Chandrasekaran, co-autores do estudo, revelassem como o NAC se liga aos ribossomos antes e depois da transferência de carga para o SRP. Esta foi uma pedra angular importante na elucidação do mecanismo de gatekeeper, mas a transição entre os estados permaneceu obscura.

"A transição é um processo altamente dinâmico que não pode ser visualizado por microscopia crioeletrônica", explica o Dr. Martin Gamerdinger, um dos principais autores da Universidade de Konstanz. Para entender esse processo, ele e sua equipe, os pesquisadores doutores Annalena Wallisch e Zeynel Ulusoy, realizaram estudos de ligação bioquímica de alta resolução que revelaram em detalhes o mecanismo de interação do NAC nos ribossomos dependendo do tipo de proteína sintetizada.

NAC como gatekeeper

Usando este método e reconstrução assistida por computador das estruturas 3D, bem como experimentos do Dr. Hao-Hsuan Hsieh sobre a força de ligação entre os componentes envolvidos, os pesquisadores conseguiram decifrar como o NAC funciona no nível molecular. Com base em seus resultados, eles foram capazes de sugerir um mecanismo molecular detalhado para a função de classificação do NAC.

De acordo com isso, o NAC se liga ao ribossomo, especificamente à seção onde a proteína nascente sai da "fábrica de proteínas". Como um porteiro, parte do NAC fica protetoramente em frente a essa saída, o túnel ribossômico, e nega o acesso do SRP ao ribossomo e à proteína nascente. O acesso só é concedido quando uma sequência de sinal de transporte para o retículo endoplasmático – codificada na proteína nascente – deixa o túnel durante a síntese proteica. O NAC reconhece este sinal e muda sua posição no ribossomo. Dessa forma, a saída do túnel ribossômico fica desbloqueada e o SRP agora pode atracar na saída do túnel após ser ativamente recrutado para o ribossomo por meio de um "braço de agarramento" do NAC, ou seja, o domínio UBA. Após a ligação do SRP e a transferência da sequência sinal, o ribossomo junto com a proteína nascente é transportado para o retículo endoplasmático.

"Nosso estudo revela a função molecular do NAC como um gatekeeper, concedendo ao SRP acesso apenas para as proteínas nascentes cujo destino é o retículo endoplasmático", resume o professor Elke Deuerling esse mecanismo de controle fundamental. Ela concorda com seus parceiros de cooperação internacional Professor Nenad Ban (ETH Zurique, Suíça), Professor Shu-ou Shan (Caltech, EUA) e Professor Ramanujan Hegde (MRC-LMB, Reino Unido):"Estudos futuros terão que mostrar se o NAC também tem outras funções de controle no túnel ribossomal."