p Muitas vezes chamados de blocos de construção da vida, as células são complexas e altamente dinâmicas. A informação genética codificada dentro permite que eles construam componentes biomoleculares como proteínas, DNA, e RNA, que se montam em maiores, unidades mais complexas - de uma miríade de organelas a células inteiras - que, por sua vez, formam tecidos que dão origem a organismos inteiros. O controle sobre os níveis de organização é essencial para a vida, mas o crescimento celular descontrolado causa muitas doenças mortais, incluindo câncer. p Para investigar o que acontece dentro das células quando elas estão em risco de se tornarem cancerosas, cientistas que trabalham no laboratório de Richard Kriwacki no St. Jude Children's Research Hospital têm usado nêutrons no Laboratório Nacional Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia (DOE). A equipe está procurando entender melhor o estado alterado do nucléolo - uma organela sem membrana dentro da célula - quando a célula está comprometida. Novos insights sobre o comportamento celular em escalas atômicas e moleculares permitirão uma melhor detecção e tratamento do câncer em suas várias formas.

p "Por mais de 100 anos, sabe-se que as células cancerosas têm nucléolos maiores do que as células normais. Os nucléolos são como fábricas de fluidos, ou linhas de montagem para a produção de ribossomos - enzimas complexas que unem aminoácidos para formar proteínas. O nível de produção de ribossomos está relacionado à rapidez com que a célula pode crescer, "disse Eric Gibbs, um pesquisador de pós-doutorado que trabalha no grupo de Kriwacki. "Prevenir a biogênese descontrolada do ribossomo é fundamental para prevenir a propagação, ou a propagação, de células cancerosas em todo o corpo. "

p No início de 2020, antes do início da pandemia COVID-19, Gibbs realizou experimentos de espalhamento de nêutrons na Fonte de Nêutrons de Espalação (SNS) do ORNL para estudar as interações entre duas proteínas nucleolares - nucleofosmina e uma proteína supressora de tumor de ocorrência natural chamada estrutura de leitura alternativa, ou ARF. O supressor de tumor ARF é expresso quando as células percebem as mudanças iniciais no caminho para se tornarem cancerígenas - um processo denominado estresse oncogênico.

p De acordo com Gibbs, A nucleofosmina auxilia na montagem de componentes ribossômicos no nucléolo, que incluem várias proteínas e moléculas de RNA. A nucleofosmina também atua como uma escolta para partículas pré-ribossômicas montadas durante seu transporte do núcleo - a organela ligada à membrana que envolve o nucléolo - para o citoplasma fora do núcleo, onde todas as proteínas celulares são sintetizadas.

p "Quando as células sofrem estresse oncogênico, o supressor de tumor ARF é superexpresso, ou regulado positivamente, e desliga a linha de montagem ribossômica, fazendo com que as partículas pré-ribossômicas fiquem presas no nucléolo, interrompendo assim a produção de proteínas, " ele disse.

p O supressor de tumor ARF é importante, Gibbs disse, porque está entre os três principais genes que sofrem mutação em quase todos os cânceres.

p Estudos anteriores de St. Jude e outros pesquisadores descobriram que quando o gene ARF foi excluído, o tamanho do nucléolo de uma célula aumentou, assim como a taxa de montagem do ribossomo. Eles descobriram que a célula produziria significativamente mais proteína do que as células saudáveis ​​normalmente fazem, resultando em crescimento e proliferação anormais de células cancerosas. Compreendendo o mecanismo, ou exatamente como o ARF funciona, pode ser fundamental para uma compreensão mais profunda da supressão tumoral, o que poderia levar a novos insights sobre a melhoria da terapêutica para os pacientes.

p Uma hipótese sobre o mecanismo ARF envolve um processo chamado separação de fase líquido-líquido - o mesmo processo pelo qual óleo e água se separam quando misturados. Considerando que o núcleo da célula é preenchido com um fluido de nucleoplasma semelhante a um líquido envolto por uma membrana, o nucléolo dentro do núcleo não tem tal barreira de membrana, consistindo principalmente em proteínas e ácidos nucléicos mantidos juntos por meio de separação de fases.

p Quando a nucleofosmina e outras proteínas ou RNA são isolados e misturados em solução, gotículas separadas por fase são formadas. A consistência das gotículas é semelhante ao ambiente fisiológico do nucléolo e fornece um sistema modelo para estudar as interações entre a nucleofosmina e diferentes proteínas ou RNAs.

p Na maioria dos casos, as gotículas são altamente fluidas e semelhantes a líquido, permitindo que eles se fundam em gotas maiores. Mas quando a nucleofosmina é misturada com ARF, a consistência é muito mais gelatinosa, mais rígido, o que restringe significativamente a fusão de gotículas.

p "Então, por que é que? É algo sobre a organização das moléculas de nucleofosmina? Diferentes concentrações de ARF fazem com que as moléculas de nucleofosmina sejam mais ou menos móveis? As moléculas de nucleofosmina estão mais distantes ou mais próximas? Estas são coisas que estamos realmente interessados ​​em investigar, "disse Gibbs." Achamos que está relacionado aos efeitos do ARF na separação de fases pela nucleofosmina - possivelmente quando o ARF é superexpresso, o nucléolo torna-se uma estrutura mais rígida porque as moléculas de nucleofosmina são mais espaçadas. "

p Os nêutrons são sondas ideais para estudar matéria biológica por causa de sua carga neutra, seus efeitos não destrutivos nas amostras, e sua sensibilidade aos elementos leves como o hidrogênio. Eles podem ser usados ​​para medir o tamanho, forma, e organização de moléculas em uma ampla gama de ambientes e condições que são inacessíveis com outras técnicas.

p Usando o instrumento EQ-SANS no SNS do ORNL, Gibbs foi capaz de analisar as estruturas moleculares de muitas amostras diferentes com concentrações variáveis ​​de ARF e nucleofosmina. Os experimentos ajudaram a determinar como o ARF afeta a organização estrutural das moléculas de nucleofosmina dentro de gotículas separadas por fase no tubo de ensaio e forneceram novos insights sobre como o ARF interrompe a biogênese do ribossomo no nucléolo enquanto suprime os tumores.

p "Uma das coisas legais sobre nêutrons é que somos capazes de usar variação de contraste que nos permite alternar entre olhar apenas para as moléculas de ARF, ou apenas as moléculas de nucleofosmina, dentro das gotas, além de poder olhar para os dois ao mesmo tempo.

p "Já identificamos algumas características interessantes no supressor de tumor ARF. Por exemplo, tem certos motivos hidrofóbicos, que repelem a água, bem como positivamente carregado, motivos hidrofílicos, que atraem água - ambos influenciam como o ARF se liga à nucleofosmina e forma gotículas por meio da separação de fases, "disse Gibbs." Quanto mais podemos aprender sobre essas interações, mais bem equipados estaremos na luta contra o câncer. "

p Kriwacki acrescentou, "Essas observações, pela primeira vez, mostrar que ARF, uma proteína supressora de tumor chave em humanos, precisa ser visto através da lente da separação de fases para entender seus efeitos inibitórios sobre os nucléolos em células pré-cancerosas. "