Nova ferramenta química para compreender a remodelação da membrana na célula

Imagens representativas de células HeLa transfectadas com EGFP-Rab4a, EGFP-Rab5a ou EGFPRab11a por 24 horas, tratadas com Tantalosina 4 µM por 2 h e imunocoradas para EGFP (verde) e receptor de transferrina (TfR) (magenta). Os núcleos são contrastados com DAPI. Crédito:Anais da Academia Nacional de Ciências (2024). DOI:10.1073/pnas.2317680121

Em um estudo publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences , Os pesquisadores de Umeå descrevem uma molécula semelhante a um produto natural, a tantalosina, que inibe a interação entre duas proteínas em complexos que remodelam as membranas dentro da célula.

As descobertas levam a uma compreensão mais profunda de como funciona a remodelação da membrana nas células humanas e ao desenvolvimento futuro de novos medicamentos.

"Nosso estudo é um bom caso para usar pequenas moléculas como ferramentas químicas valiosas para a compreensão de mecanismos biológicos complexos. Estou feliz em coordenar uma colaboração fantástica com colegas em Umeå, Estocolmo e Alemanha, "diz Yaowen Wu, professor do Departamento de Química da Universidade de Umeå.

As membranas das células são feitas de lipídios e proteínas e desempenham funções de barreira para células e organelas intracelulares. As membranas das células são estruturas de fluido em mosaico altamente dinâmicas que sofrem constante remodelação. O complexo de classificação endossomal necessário para o transporte (ESCRT) tem a tarefa de remodelar as membranas dentro da célula. A maquinaria ESCRT é montada no local da célula onde as membranas precisam de deformação e então forma polímeros proteicos helicoidais que podem contrair e comprimir as membranas celulares.

Anteriormente, o professor Yaowen Wu e o seu grupo, em colaboração com o laboratório do professor Herbert Waldmann no Instituto Max Planck de Dortmund, na Alemanha, identificaram uma molécula química, a tantalosina, que induz um fenótipo como a autofagia – um processo de auto-alimentação na célula.

A tantalosina é uma molécula sintética inspirada nos alcalóides da planta medicinal Cinchona. A equipe observou um fenômeno muito interessante na célula tratada com Tantalosina e investigou ainda mais o mecanismo molecular de como a Tantalosina atua na célula. Em colaboração com a instalação central de proteômica química do SciLifeLab no Instituto Karolinska, a equipe examinou potenciais alvos celulares da Tantalosina.

"Para nossa surpresa, descobrimos que nenhuma das proteínas relacionadas à autofagia estava na lista de alvos potenciais. No entanto, a proteína IST1 nos complexos ESCRT foi identificada e validada como o alvo celular da Tantalosina. Estávamos entusiasmados em trabalhar na decifração deste inesperado conexão entre complexos ESCRT e autofagia", diz a primeira autora Anastasia Knyazeva, que recentemente concluiu seu doutorado no Departamento de Química da Universidade de Umeå.

Os pesquisadores caracterizaram o mecanismo usando uma variedade de métodos bioquímicos e biológicos celulares. Quando estudaram a interação proteína-proteína em solução, descobriram que a tantalosina interrompe completamente a interação entre o IST1 e seu parceiro de ligação CHMP1B.

"Em seguida, examinamos mais de perto essas duas proteínas usando um microscópio eletrônico de transmissão em colaboração com Kasturika Shankar, uma estudante de doutorado do laboratório de Lars-Anders Carlson na Universidade de Umeå. Curiosamente, a tantalosina interrompe a formação de filamentos ordenados IST1-CHMP1B ”, explica Shuang Li, coautor do artigo e pós-doutorado no Departamento de Química da Universidade de Umeå.

Além disso, os investigadores examinaram o interior da célula e descobriram que a tantalosina interrompe rapidamente a reciclagem dos receptores da superfície celular de volta à superfície celular. Esta propriedade pode ser potencialmente benéfica para o tratamento de certos tipos de cancro que são impulsionados por receptores de superfície celular.

Neste estudo, os pesquisadores descobriram que a proteína LC3, que geralmente é uma marca registrada da autofagia, está ligada às membranas endossomais durante o tratamento com Tantalosina. Curiosamente, a degradação autofágica canônica não foi observada. Em vez disso, eles descobriram que o processo segue um caminho de autofagia não canônico.

"Acreditamos que a tantalosina pode ser uma molécula única que facilita a compreensão de novas funções da conjugação não canônica de LC3 às membranas endossômicas. Esperamos que novos estudos revelem o papel da conjugação da membrana LC3 e suas proteínas associadas nos processos de deformação da membrana", diz Knyazeva. .

Mais informações: Anastasia Knyazeva et al, Um inibidor químico da interação IST1-CHMP1B prejudica a reciclagem endossomal e induz a lipidação não-canônica de LC3, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2317680121
Informações do diário: Anais da Academia Nacional de Ciências

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