Os canais iônicos nas vesículas da membrana que medeiam o transporte intracelular de proteínas desempenham um papel crucial na fisiologia celular. Um método desenvolvido por um Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) na equipe de Munique agora permite que eles sejam estudados com maior especificidade do que nunca.

Minúsculas vesículas ligadas à membrana, conhecidos como endossomos e lisossomos, servem como veículos para o transporte de cargas de proteínas dentro das células animais. Embutidas nas membranas das vesículas estão proteínas chamadas canais iônicos, que controlam a passagem de partículas atômicas eletricamente carregadas ('íons') para dentro e para fora dessas organelas intracelulares. Defeitos nessas proteínas desempenham um papel central na patogênese de muitas doenças, e a dissecção de suas funções moleculares é vital para o desenvolvimento de terapias eficazes para esses distúrbios. O PD Christian Grimm e o Professor Christian Wahl-Schott do Departamento de Farmácia (Diretor:Professor Martin Biel) da LMU Munique estão entre os principais especialistas da Europa no uso da chamada técnica de patch-clamp para o estudo de canais iônicos em membranas celulares . Na última edição da revista Nature Protocols , eles descrevem como adaptaram o método para uso com vesículas endolisossômicas. Em um segundo estudo, publicado na revista Cell Chemical Biology, eles continuam demonstrando como o patch clamping pode ser aplicado a classes funcionais específicas de vesículas de transporte. Esta descoberta abre perspectivas inteiramente novas para a caracterização de canais iônicos e os mecanismos que os regulam.

O sistema endolisossômico é composto por três classes distintas de endossomos - precoce, endossomos tardios e recicláveis ​​- bem como lisossomos. Esses vários tipos de vesículas têm funções diferentes. As vesículas endossômicas iniciais são formadas por dobramento de placas da membrana celular em resposta à ativação de, e. proteínas receptoras por moléculas de sinalização extracelular. Isso permite que os receptores sejam removidos da superfície e separados de seus ligantes ativadores. Os receptores são então passados ​​para os endossomos de reciclagem e devolvidos à membrana celular, ou entregue aos endossomos tardios que os transportam para os lisossomos, onde são degradados enzimaticamente. Este sistema de tráfico participa de vários processos metabólicos e desempenha um papel vital na regulação do metabolismo de metais pesados ​​e na localização correta de receptores de membrana específicos. Os canais iônicos encontrados nas membranas vesiculares estão intimamente envolvidos em todas essas operações. "De acordo com estudos de suas populações de proteínas, lisossomos e endossomos contêm até 70 proteínas de transporte de canais iônicos distintos, "Grimm diz.

O método patch-clamp permite medir a passagem de partículas carregadas através de canais iônicos únicos em remendos de membrana, e, portanto, para determinar se o canal está ativo ou inativo. Para fazer isso, um desenha um pequeno pedaço de membrana em uma micropipeta, aplicando uma sucção fraca, garantindo assim que uma vedação estanque seja formada entre a membrana e a parede da pipeta. Com a ajuda de um microeletrodo, pode-se então aplicar uma tensão de teste e passar a corrente por quaisquer canais de íons presentes no patch. "O problema é que, em seu estado normal, as vesículas são muito pequenas para serem acessadas por meio de uma pipeta de patch, então eles devem ser aumentados antes que quaisquer medições possam ser realizadas, "diz Grimm. No entanto, os instrumentos farmacológicos até agora utilizados para esse fim atuam indiscriminadamente em todos os tipos de vesículas endolisossômicas. Em um esforço para descobrir agentes mais específicos, os pesquisadores do LMU examinaram uma biblioteca de compostos e identificaram uma combinação particular de duas toxinas biológicas que induzem seletivamente o aumento dos endossomos iniciais, fazendo com que eles se fundam. Além disso, eles foram capazes de demonstrar que uma terceira molécula aumenta seletivamente os endossomos e lisossomas tardios. Notavelmente, nenhuma dessas substâncias atua na reciclagem de endossomos.

"Isso representa um avanço significativo, porque agora temos dois conjuntos de ferramentas que nos permitem empregar abordagens mais específicas e perguntar quais canais estão ativos em quais tipos de vesícula, "Grimm explica. Na verdade, ele e seus colegas usaram os novos agentes para mostrar que o chamado canal de íons TRPML3, que controla a passagem de cátions carregados positivamente e o pH (nível de acidez) dentro das vesículas, é ativo em endossomos e lisossomos iniciais e tardios. Em contraste, o canal TRPML1 relacionado é encontrado em endossomos tardios e lisossomos, mas não nos endossomos iniciais. Mutações nos canais TRPML contribuem para a patogênese de condições congênitas graves, como mucolipidoses, uma classe rara de doenças metabólicas que prejudica o funcionamento do sistema nervoso. "Graças à nossa extensão do patch clamping às vesículas intracelulares, agora podemos abordar esses canais de íons com maior seletividade. Isso também é importante na busca por substâncias que podem inibir especificamente as funções de determinados canais iônicos para fins terapêuticos, "Grimm aponta.