Recentemente, tornou-se claro como as organelas sem membranas são importantes para as células. Agora, os bioquímicos da ETH Zurich descobriram um novo mecanismo que regula a formação dessas organelas. Isso lançou as bases para pesquisas mais direcionadas em doenças como Alzheimer ou ALS.

Por muito tempo, o conteúdo das células era considerado bastante desestruturado e caótico:uma mistura de proteínas, DNA e uma infinidade de pequenas moléculas metabólicas. Embora processos celulares importantes em plantas e animais ocorram em organelas (estruturas maiores fechadas por uma membrana, como o núcleo ou mitocôndria), somente nos últimos anos é que os cientistas descobriram que existe outro tipo de estrutura que desempenha um papel crítico na organização dos processos celulares:organelas sem membranas. Essas minúsculas gotículas são formadas em um processo auto-organizado que se assemelha à separação de gotículas de óleo na água.

Hoje em dia, há uma grande quantidade de evidências que sugerem que esses compartimentos são de considerável importância para a medicina:eles podem estar envolvidos no desenvolvimento de cerca de 40 doenças neurodegenerativas, incluindo Alzheimer, Doença de Huntington e esclerose lateral amiotrófica (ELA) - todas atualmente incuráveis.

“Os pesquisadores estão descobrindo um número crescente de processos biológicos que ocorrem nessas organelas, separado do resto do conteúdo da célula, "diz Karsten Weis, Professor de Bioquímica na ETH Zurich. Agora, junto com sua equipe, ele pesquisou o princípio subjacente à formação de organelas sem membranas e como esse processo é regulado.

Proteínas que se unem

Por esta, os bioquímicos da ETH analisaram uma família específica de proteínas conhecidas como DEAD-box ATPases. Em todos os tipos de organismos - bactérias, plantas e animais - essas proteínas agem como uma espécie de interruptor molecular:uma vez que se ligaram à molécula de armazenamento de energia trifosfato de adenosina (ATP), eles também se ligam e transportam RNA, o modelo copiado do DNA para a produção de proteínas.

Em cada organismo, algumas dessas ATPases DEAD-box contêm "braços" flexíveis compostos por apenas um pequeno subconjunto do total de 20 aminoácidos. "Esta característica marcante aponta para uma função especial, "diz Weis. Para começar, ele e sua equipe investigaram ATPases de leveduras. Eles modificaram os braços flexíveis usando métodos de engenharia genética e, em seguida, analisaram as proteínas no tubo de ensaio e em células de levedura vivas. Ao fazê-lo, eles perceberam que são precisamente esses braços flexíveis os responsáveis ​​pela formação e regulação das organelas sem membranas.

"As áreas flexíveis são prontamente solúveis no ambiente aquoso dentro de uma célula, "explica Weis." No entanto, uma vez que um grande número de moléculas de ATPase se reúnem, essas partes flexíveis fazem com que as proteínas se liguem umas às outras. "As ATPases condensam-se em grandes aglomerados, levando a uma separação de fase semelhante à do óleo em água - e organelas celulares sem membrana se formam. Outros experimentos com ATPases DEAD-box de células humanas e bacterianas indicaram aos pesquisadores que esse processo funciona de maneira muito semelhante em todos os tipos de organismos.

Organelas criam pedido

Além disso, as ATPases não só garantem a formação auto-organizada de organelas, mas também usam a ligação dependente de ATP de RNA para regular o transporte de moléculas de RNA e proteínas para essas estruturas, onde as moléculas de RNA são coletadas. Weis e seus colegas acreditam que é possível que sejam processados ​​ou decompostos dentro das estruturas, ou simplesmente armazenado lá por um tempo.

Em células vivas, os pesquisadores da ETH até observaram como o RNA é transportado através de várias organelas diferentes sem membranas. "Isso sugere que o processamento adicional das moléculas de RNA ocorre passo a passo em diferentes organelas, "diz Weis. Uma organela é responsável por uma primeira etapa do processo, a outra organela para a próxima, e assim por diante - como trabalhar em uma linha de produção.

Pesquisa mais direcionada no futuro

Contudo, organelas sem membranas são suscetíveis a falhas. Hora extra, eles podem se transformar em extintos, agregados pegajosos - em aglomerados que não são mais fluidos. "É esse tipo de agregado permanente nas células que causa doenças neurodegenerativas, ", diz Weis. As descobertas de seu grupo de pesquisa agora sugerem que DEAD-box ATPases ajudam a manter as organelas em um estado fluido, evitando assim a formação de agregados perigosos.

Agora que os bioquímicos compreenderam como essas organelas sem membranas são reguladas, eles são capazes de estudar o fenômeno de uma forma mais direcionada. Por exemplo, ligando e desligando a atividade das ATPases e eles podem observar como isso afeta organelas e células. Desta maneira, os pesquisadores da ETH querem, em última análise, descobrir qual é o papel dos compartimentos sem membranas no desenvolvimento da doença.