A água determina a vida:os humanos são três quartos de água. Uma equipa de investigação internacional liderada pela Universidade de Amesterdão (UvA) descobriu agora como a água também determina a estrutura do material que nos mantém unidos:o colagénio.



Em artigo publicado na PNAS , os pesquisadores elucidam o papel da água na automontagem molecular do colágeno. Eles mostram que, ao substituir a água pela água pesada de sua 'molécula gêmea' (D₂ O), pode-se ‘sintonizar’ a interação entre as moléculas de colágeno, e assim influenciar o processo de automontagem do colágeno. As descobertas ajudarão a compreender melhor as falhas teciduais resultantes de doenças hereditárias relacionadas ao colágeno, como a doença dos ossos frágeis (osteogênese imperfeita).

Como afirma a autora principal, Dra. quebra-cabeça, e a possibilidade de que a falha do tecido possa ser parcialmente devida à interação água-colágeno não foi levada muito a sério. Agora mostramos que perturbar a camada de água ao redor da proteína, mesmo que ligeiramente, tem efeitos dramáticos na montagem do colágeno.

Giubertoni quer conscientizar os pesquisadores da comunidade das doenças do colágeno de que mudanças muito sutis na interação água-colágeno podem contribuir para as doenças do colágeno. Estas alterações podem potencialmente surgir, por exemplo, de mutações na proteína do colagénio que ocorrem em doenças genéticas. Os pesquisadores também sugerem que as interações alteradas entre a água e o colágeno são um fator que contribui para várias doenças relacionadas à idade que envolvem disfunção tecidual.

A matéria de que somos feitos

O colagénio é, em grande medida, “a matéria de que somos feitos” – cerca de um terço de todas as proteínas do nosso corpo é colagénio, o que garante a integridade mecânica de todo o tecido conjuntivo humano.

Por exemplo, a nossa pele e as nossas artérias esticam-se sem rasgar e os nossos ossos podem resistir a um elevado stress sem partir. O colágeno é produzido por nossas células como proteínas únicas que se agrupam em estruturas maiores chamadas fibrilas. Essas fibrilas se reúnem em redes que formam as estruturas para nossos tecidos.

Como o colágeno é formado no ambiente aquoso das células humanas, a água desempenha um papel crucial na sua montagem. A interação das moléculas de água com as proteínas resulta no colágeno mais adequado para sua função. Mas o que exatamente está por trás desse papel da água na otimização do colágeno? Como a água faz isso? E será que a compreensão deste mecanismo oferecerá insights sobre as condições em que algo está errado com o colágeno, como a osteogênese imperfeita? Estas foram as questões centrais da investigação publicada na PNAS .

Introduzindo água pesada

Para investigar o papel da água na formação de colágeno, Giubertoni - junto com seu colega UvA, Prof. Sander Woutersen, e seu colaborador, Prof. Gijsje Koenderink (Universidade de Tecnologia de Delft) - decidiu substituir a água por sua 'molécula gêmea' mais pesada, D ₂ O. Inicialmente descoberto pelo ganhador do Prêmio Nobel Harold Urey em 1931, em D₂ O os átomos de hidrogênio (H) da água são substituídos pelo isótopo deutério (D) que possui um nêutron adicionado em seu núcleo. D₂ O ou 'água pesada' é, portanto, o 'substituto mais próximo' da água comum na natureza.

No entanto, em interação com proteínas, D₂ O é menos potente que H₂ O. Isso ocorre porque as ligações entre D₂ As moléculas de O (as chamadas ligações de hidrogênio) são mais fortes do que aquelas entre H₂ Ó moléculas. Isso afeta a interação com proteínas como o colágeno.

Giubertoni, Woutersen e Koenderink estavam interessados ​​em estudar o efeito que isso teria na montagem do colágeno. Juntamente com uma rede de investigação colaborativa multidisciplinar, conseguiram estabelecer que a utilização de água pesada resulta numa formação de colagénio dez vezes mais rápida e, em última análise, numa rede de fibras de colagénio menos homogénea, mais macia e menos estável.

Um moderador muito eficaz

A explicação é que a interação reduzida da água pesada com a proteína de colágeno torna mais fácil para a proteína 'sacudir' o D₂ Ó moléculas e se reorganiza.

Isto estimula a formação da rede de colágeno, mas também resulta em uma rede de colágeno mais desleixada e menos ideal. A água atua assim como mediadora entre as moléculas de colágeno, retardando a montagem para garantir as propriedades funcionais dos tecidos vivos.

Esta descoberta oferece novas perspectivas sobre como a água influencia as características do colágeno, permitindo ajustes precisos nas propriedades mecânicas dos tecidos vivos. Também cria novos caminhos para a criação de materiais à base de colágeno, onde as propriedades macroscópicas podem ser controladas e ajustadas por variações sutis na composição do solvente, em vez de fazer alterações significativas na estrutura química dos blocos de construção moleculares.

Uma abordagem "investigativa" semelhante também poderá ser usada no futuro para elucidar o papel da água na condução e orientação da montagem de outras proteínas capazes de se montarem em estruturas maiores. Giubertoni prosseguirá para estudar como os defeitos no colágeno afetam sua interação com a água e qual o papel que isso desempenha na falha do tecido nas doenças do colágeno.

Mais informações: Giulia Giubertoni et al, Elucidando o papel da água na automontagem do colágeno modulando isotopicamente a hidratação do colágeno, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2313162121
Informações do diário: Anais da Academia Nacional de Ciências

Fornecido pela Universidade de Amsterdã