Pela primeira vez, cientistas imaginaram o processo pelo qual uma molécula individual do sistema imunológico é ligada em resposta a um sinal do meio ambiente, levando à descoberta crítica de que o processo de ativação envolve centenas de proteínas se juntando repentinamente para formar uma rede interligada por meio de um processo conhecido como transição de fase.

O novo trabalho, descrito em um artigo publicado recentemente em Ciência , fornece um enorme salto em nossa compreensão de como o sistema imunológico está perfeitamente ajustado para detectar até mesmo uma única molécula de vírus em meio a um mar de milhões de outras moléculas, permitindo-nos recuperar rapidamente de infecções virais, como a gripe. Ao aprender como essas proteínas específicas funcionam, os cientistas também terão uma melhor compreensão de por que sua atividade às vezes dá errado - eventos que podem levar a doenças auto-imunes, como diabetes ou artrite reumatóide - e pode fornecer informações exclusivas sobre como direcionar o sistema imunológico de um paciente com câncer para curar o câncer.

"Isso é algo que acontece dentro de uma célula viva durante o processo de tomada de decisão da célula - transdução de sinal é como a chamamos - e é como as células 'pensam' com as reações químicas, "disse o líder do estudo Jay Groves, um professor químico na área de biociências do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab). "No campo da biologia como um todo, a ideia de uma transição de fase de condensação de proteína ganhou muita atenção recentemente. Muitos grupos em todo o mundo estudam esses fenômenos, mas até agora, ninguém sabia como ou por que a célula os está usando.

"Nosso jornal é, Eu acredito, o primeiro a testar e confirmar diretamente como uma transição de fase pode regular a sinalização, "Groves disse." E a grande descoberta é que é um mecanismo de sincronização molecular. A célula está usando o tempo para distinguir a estimulação do receptor genuíno do ruído químico de fundo. "

Estudando um mensageiro celular essencial

A revelação da equipe surgiu como parte da pesquisa em andamento do laboratório Groves sobre os mecanismos físicos de sinalização de células T e a proteína Ras. Encontrado em todas as células eucarióticas em múltiplas variações, Ras usa muitos chapéus, incluindo atuar como um regulador do crescimento celular, divisão, e morte. Células T, as células do sistema imunológico que detectam infecções estranhas e potencialmente prejudiciais, use Ras como um interruptor liga-desliga para o caminho de alerta de intrusão que inicia uma resposta protetora. A capacidade da célula T de distinguir um sinal externo real - quando uma molécula estranha se liga ao receptor de célula T apropriadamente denominado (TCR) na superfície da célula - do contato inadvertido com proteínas próximas é crítica para o funcionamento do sistema imunológico. Se uma célula T acidentalmente reage a uma de nossas próprias moléculas, então, uma doença auto-imune pode se desenvolver. Ao mesmo tempo, se uma célula T perde sua sensibilidade, então os vírus serão capazes de crescer sem controle e as células cancerosas não serão eliminadas do corpo.

Devido às amplas implicações para a saúde humana, os cientistas há muito se perguntam como as células regulam seus sinais para atingir esse equilíbrio. Pesquisas anteriores revelaram que as proteínas Ras de uma célula T não interagem diretamente com os receptores celulares. Em vez de, receptores enviam o sinal "ligado" para proteínas intermediárias internas, incluindo um grupo-chave de três proteínas, conhecido como LAT, Grb2, e SOS, que acaba passando o sinal para o Ras. Antes deste estudo, os cientistas sabiam que este trio molecular poderia se conectar em um processo de transição de fase, mas ninguém sabia o que a transição de fase estava fazendo. E até recentemente, era impossível descobrir, porque não havia tecnologia que permitisse aos cientistas monitorar diretamente a atividade de moléculas individuais em sistemas complexos de membrana celular.

A equipe de pesquisa removeu esse obstáculo ao inventar uma abordagem baseada em microarranjos de membrana com suporte, uma tecnologia que a equipe vem desenvolvendo há muitos anos que usa andaimes feitos de estruturas nanofabricadas para manter as membranas celulares.

Transições de fase no trabalho

No estudo atual, os cientistas usaram a microscopia para observar o momento em que um receptor de células T em um microarranjo de membrana com suporte solicitou a ativação de uma única molécula de SOS. Em vez de responder imediatamente, O SOS esperou de 10 a 30 segundos antes de entrar em seu estado ativo. Se as moléculas próximas LAT e Grb2 sofreram a transição de fase com SOS, e condensado em seu estado montado, eles poderiam manter o SOS na membrana tempo suficiente para que o SOS fosse ativado. Sem a transição de fase, o longo atraso na molécula de SOS impediria sua ativação antes de deixar o receptor.

"É como se a proteína tivesse um atraso embutido, "explicou Groves." É necessária a transição de fase combinada com sinalização sustentada, e só então ligará. "

Embora esta pesquisa seja específica para a sinalização de células T, Groves e seus colegas acreditam que mecanismos semelhantes de temporização de transição de fase estão provavelmente envolvidos em uma variedade de outras respostas celulares. Agora que eles estabeleceram uma técnica experimental comprovada para observar a ativação molecular de tais processos, a equipe espera desvendar mistérios mais antigos de como as células realizam tantas tarefas complexas.