O volume das células pode variar dramaticamente. Da mesma forma que um balão inflável, o aumento de volume das células em crescimento empurra a membrana plasmática - o envelope lipídico que envolve a célula. Esta pressão de "turgor" aumenta a tensão da membrana, que, se não for corrigido, acabará por causar o estouro da célula. Para evitar que isso aconteça, as células desenvolveram mecanismos para monitorar a tensão de sua membrana plasmática. Quando a tensão é muito alta, as células respondem aumentando a quantidade de lipídios na membrana. Por outro lado, quando a tensão está muito baixa, as células removem o lipídio da membrana para "apertá-lo". Como as células conseguem sentir a tensão e desencadear a resposta biológica apropriada permanece um mistério. Tem sido difícil de resolver devido à falta de ferramentas para estudar a tensão da membrana dentro das células vivas. Para resolver este problema, pesquisadores da Universidade de Genebra (UNIGE) e do Centro Nacional de Competência em Pesquisa em Biologia Química (NCCR) colaboraram para criar uma molécula fluorescente para medir a tensão da membrana plasmática de células vivas. Usando esta nova ferramenta, eles foram então capazes de descobrir como as células adaptam sua superfície ao seu volume. Esses resultados, publicado em Química da Natureza e Nature Cell Biology , pavimenta o caminho para muitas aplicações, incluindo na detecção de células cancerosas que tipicamente exibem tensão de membrana aberrantemente alta.

Quando o volume de uma célula aumenta, a tensão exercida em sua membrana aumenta, causando a ativação de TORC2 - um complexo de proteínas que cria sinais de alerta dentro da célula. "A membrana celular consiste em lipídios organizados em uma bicamada semipermeável, "explica Aurélien Roux, professora titular do Departamento de Bioquímica da Faculdade de Ciências da UNIGE e membro do NCCR. "Esta superfície é fluida, permitindo grande adaptabilidade da membrana às mudanças na forma e no volume da célula. Como qualquer superfície, ele pode ser esticado e o espaço entre os lipídios então aumenta. Quando este espaço se torna muito grande e a membrana corre o risco de quebrar, uma proteína, chamado Slm1, ativa o TORC2 para produzir sinais que impulsionam a célula a produzir novos lipídios e, por sua vez, reduzem a tensão da membrana celular. ”Mas como os pesquisadores poderiam medir a tensão necessária para desencadear esse processo?

Para avaliar a tensão da membrana celular, é necessário poder medir o espaço entre os lipídios que constituem essa membrana. Stefan Matile, professor do Departamento de Química Orgânica da Faculdade de Ciências da UNIGE e membro do NCCR, criou uma "molécula sonda" chamada FliptR (Fluorescent Lipid Tension Reporter), que se integra espontaneamente entre os lipídios da membrana plasmática. “Desenvolvemos uma molécula fluorescente com duas pequenas“ barbatanas ”que definem um certo ângulo entre elas, ele explica. Este ângulo varia de acordo com a pressão exercida no FliptR, que muda sua fluorescência. "Aproveitando esta diferença nas propriedades de fluorescência da molécula, o grupo do professor Roux conseguiu medir o espaço entre os lipídios e, portanto, a tensão de uma membrana.

FliptR é uma nova ferramenta valiosa para medir a tensão da membrana plasmática em células vivas. "Sabemos que as células cancerosas têm maior tensão de membrana do que as células normais. Esperamos que esta molécula fluorescente um dia ajude a detectá-las com mais facilidade, "diz Stefan Matile.

E quando se trata de reduzir a tensão da célula?

Quando a tensão da membrana plasmática aumenta, TORC2 é ativado e isso desencadeia a produção de lipídios para diminuir a tensão de volta aos valores basais. Mas o que acontece quando a tensão da membrana é muito baixa e precisa ser aumentada? "Inicialmente, pensamos que estava acontecendo por meio do mesmo mecanismo que funcionava ao contrário, mas a história acabou sendo muito mais interessante, "diz Robbie Loewith, professor do Departamento de Biologia Molecular da Faculdade de Ciências da UNIGE e também membro do NCCR. De fato, a pesquisa inicial mostrou que o ativador TORC2 Slm1 - envolvido na detecção de alta tensão da membrana - surpreendentemente não desempenha nenhum papel na resposta a muito pouca tensão. "Por outro lado, observamos que um determinado lipídio presente na membrana plasmática, chamado PIP2, é o sensor de baixa tensão da membrana. "

Quando a tensão da membrana diminui, PIP2, previamente misturado com outros lipídios, se auto-segregam para formar "ilhas" PIP2 em um mar de lipídios remanescentes na membrana, em um processo não muito diferente da separação espontânea (crescimento) da nata no leite fresco. Como uma das proteínas de TORC2 se liga a PIP2, TORC2 também redistribui para essas ilhotas PIP2. Uma vez engolfado por essas ilhotas, TORC2 torna-se inativo. "Os lipídios da membrana celular são degradados naturalmente, e a atividade do TORC2 é necessária para substituí-los ", explica Robbie Loewith. Mas quando o TORC2 é inibido nas ilhotas PIP2, os lipídios degradados não são mais substituídos, resultando em um aumento na tensão da membrana plasmática. Se este processo de recalibração for bloqueado, as células não conseguem ajustar a tensão de sua membrana plasmática e morrem.

Uma ferramenta de medição química para ajudar na pesquisa em biologia

Graças à técnica de medição de tensão desenvolvida por Stefan Matile e Aurélien Roux, as equipes dos professores Roux e Loewith puderam realizar seus experimentos com leveduras e medir as variações de tensão da membrana plasmática. A tensão da membrana é um parâmetro muito importante para controlar em todos os processos celulares em que as membranas estão envolvidas, como motilidade, endocitose (o processo pelo qual a célula se alimenta), ou divisão celular, e especialmente no caso de desenvolvimento de câncer. Os cientistas agora estão se concentrando em verificar se o mecanismo observado na levedura é o mesmo nas células humanas, com a ideia de longo prazo de desenvolver drogas capazes de regular TORC2, ou mesmo de prevenir o desenvolvimento de certos tipos de câncer.