p A membrana celular, o limite semelhante a uma parede entre o interior da célula e seu ambiente externo, é composto principalmente de dois tipos de biomoléculas:lipídios e proteínas. Diferentes espécies de lipídeos compactam-se para formar uma camada dupla, ou "bicamada, "a estrutura fundamental da membrana, enquanto as proteínas são incorporadas ou anexadas à bicamada. p As proteínas de membrana são responsáveis ​​por várias atividades celulares importantes, e sua disfunção pode levar a sérios problemas de saúde. Estudar as estruturas das proteínas da membrana e como elas se comportam ajudará os cientistas a entender melhor sua conexão com as doenças e no desenvolvimento de terapias.

p Uma equipe de pesquisadores liderada pela Vanderbilt University recentemente lançou luz sobre como as proteínas da membrana podem ser influenciadas pelos lipídios ao seu redor. Ao desenvolver um novo tipo de modelo de membrana, os cientistas conseguiram mostrar que a forma e o comportamento de uma proteína podem ser alterados pela exposição a diferentes composições lipídicas.

p Os pesquisadores confirmaram a estrutura da membrana artificial usando raios-X e espalhamento de nêutrons no Departamento de Energia (DOE) Brookhaven (BNL) e Oak Ridge National Laboratories (ORNL). Suas descobertas foram publicadas no Journal of the American Chemical Society.

p "Este trabalho mostrou que uma proteína pode mudar profundamente em diferentes ambientes de lipídios de membrana, e achamos que isso abre uma nova área de pesquisa, "disse Charles Sanders, professor de bioquímica da Universidade de Vanderbilt e autor correspondente do novo estudo.

p Layouts de lipídios e modelos de membrana celular

p As membranas celulares são compostas por uma variedade de moléculas lipídicas. Recentemente, estudos têm mostrado que certos lipídios nas membranas celulares podem se unir para formar clusters, também conhecido como jangadas. Alguns cientistas sugerem que as jangadas podem se mover através da membrana e coexistir com moléculas desagrupadas. "Uma jangada de lipídios é como uma camarilha em uma festa, "disse Sanders." Eles podem se mover pela festa, mas são sempre as mesmas pessoas conversando. "

p Seu laboratório está explorando como as jangadas podem impactar as proteínas da membrana e as atividades celulares associadas a elas. No novo trabalho, Sanders e uma equipe de pesquisadores criaram uma membrana sintética capaz de incorporar quantidades abundantes de duas moléculas de lipídios que se pensava constituir jangadas nas membranas celulares:o colesterol e a esfingomielina. Sua abordagem envolveu o desenvolvimento de estruturas biológicas em forma de disco, conhecido como bicelles, que pode produzir um modelo simplificado de bicamada lipídica da membrana celular.

p "O colesterol e a esfingomielina são onipresentes nas membranas celulares, mas não estiveram presentes juntos nas versões anteriores das bicelas, "disse John Katsaras, um biofísico e cientista de espalhamento de nêutrons no ORNL e co-autor do estudo. "Essa nova classe de bicelles tem uma composição lipídica que acreditamos ser biologicamente mais relevante."

p As técnicas complementares fornecem uma análise abrangente

p Depois de desenvolver as bicelles, os pesquisadores usaram nêutrons de pequeno ângulo e técnicas de espalhamento de raios-X para determinar com precisão a forma e a organização estrutural do material.

p "É realmente difícil confirmar a morfologia real das bicelas. Nêutrons de pequeno ângulo e espalhamento de raios-X de pequeno ângulo são as únicas maneiras de obter uma boa caracterização geral dessas partículas, "disse James Hutchison, pesquisador da Vanderbilt University e co-autor do estudo.

p A equipe usou um programa de acesso conjunto para nêutron de pequeno ângulo e espalhamento de raios-X que permite aos pesquisadores solicitar mais convenientemente o tempo do feixe no instrumento Bio-SANS no High Flux Isotope Reactor (HFIR) e no instrumento Bio-SAXS (LiX ) na Fonte Nacional de Luz Síncrotron II (NSLS-II) do BNL.

p Os nêutrons podem detectar elementos leves como hidrogênio, enquanto os raios X são mais sensíveis a elementos mais pesados, o que significa que cada técnica de espalhamento pode revelar informações exclusivas sobre o mesmo material. Usando os dois métodos, os pesquisadores construíram um modelo mais preciso do sistema de membrana.

p "O espalhamento de nêutrons e raios-X são muito complementares entre si, "disse Shuo Qian, um cientista de espalhamento de nêutrons no ORNL e co-autor do estudo. "Juntos, essas técnicas foram capazes de fornecer uma imagem completa da estrutura da bicelle. "

p Medições de bicelas complementares também foram realizadas usando microscopia crioeletrônica de transmissão na Universidade de Vanderbilt.

p Descobrindo novas propriedades de proteínas

p Para avaliar como o novo modelo de membrana pode ser usado para entender a composição de lipídios e as relações de proteínas da membrana, os cientistas apresentaram suas bicelas a um fragmento de proteína bem estudado, referido como C99. Este fragmento constitui uma região de uma proteína de membrana chamada proteína precursora de amiloide, que os especialistas acreditam estar ligada à doença de Alzheimer.

p Usando vários métodos de caracterização, a equipe identificou diferenças na estrutura e dinâmica do fragmento de proteína quando incorporado no novo modelo de membrana. Notavelmente, eles observaram os fragmentos C99 autoassociados uns com os outros em regiões que não haviam sido relatadas anteriormente em outros modelos de membranas. Os pesquisadores acreditam que esses locais de ligação recém-descobertos podem desempenhar um papel na regulação de outras interações de proteínas com este fragmento.

p A equipe pretende realizar experimentos adicionais para confirmar se o novo sistema bicelle possui um ambiente de jangada de lipídios. Os cientistas já identificaram propriedades de jangada lipídica em vesículas artificiais, uma estrutura biológica esférica oca que é envolvida por uma bicamada lipídica, mas não em outras pequenas partículas, como bicelles.

p "Não há nenhuma pequena partícula não vesicular conhecida que tenha propriedades semelhantes às da jangada de lipídios, "disse Hutchison." Seria muito difícil provar isso. "