p Na superfície de nossos trilhões de células, há uma multidão complexa de moléculas se movendo, falando um com o outro, ocasionalmente segregando, e desencadear funções básicas que vão desde a sensação de dor até a liberação de insulina. p As estruturas que organizam este congestionamento microscópico não são mais invisíveis, graças aos pesquisadores da Colorado State University. Uma equipe multidisciplinar de biofísicos e bioquímicos de molécula única lançou luz sobre um processo celular há muito obscurecido:a relação de uma membrana de célula de mamífero com um andaime abaixo dela, o citoesqueleto de actina cortical. Pela primeira vez, a equipe da CSU fez observações em tempo real desse citoesqueleto que atua como uma barreira que organiza as proteínas na superfície da célula, efetivamente jogando policial de trânsito nas atividades da membrana da célula.

p A visualização e análise revolucionária deste processo biológico fundamental - como uma membrana celular interage com seu ambiente intracelular e controla as funções celulares - foi realizada em conjunto pelos laboratórios de Diego Krapf, professor associado de engenharia elétrica e da computação e engenharia biomédica, e Michael Tamkun, professor de ciências biomédicas na Faculdade de Medicina Veterinária e Ciências Biomédicas, e da bioquímica, na Faculdade de Ciências Naturais. O estudo dos pesquisadores aparecerá em uma próxima edição da Revisão Física X , com o primeiro autor Sanaz Sadegh, um Ph.D. estudante no laboratório de Krapf.

p Em seu estudo, os pesquisadores usaram uma poderosa tecnologia de imagem de superresolução chamada microscopia de localização fotoativada (PALM), que, contornando o limite de difração natural da luz, permite que os cientistas tirem fotos nítidas e vídeos de processos biológicos em nanoescala. A microscopia de superresolução foi o tema do Prêmio Nobel de Química de 2014.

p Os pesquisadores da CSU se concentraram nos movimentos dos canais de íons de potássio, um tipo de proteína crítica para as funções celulares na superfície celular, e como esses canais iônicos interagem com o citoesqueleto de actina cortical. O citoesqueleto é uma rede de filamentos semelhante a uma teia de aranha logo abaixo da membrana celular que dá à célula um pouco de sua forma e estrutura. Os cientistas já haviam levantado a hipótese de que o citoesqueleto desempenha um papel crítico em ajudar as proteínas da membrana que estudam a superfície da célula a se organizar e transmitir sinais para manter a célula saudável e funcionando. Mas capturar visualmente essa interação actina-proteína em células vivas tinha sido impossível.

p "Proteínas na superfície celular, como canais iônicos, tem muita massa que fica pendurada na célula, "Tamkun explicou." É aquela massa intracelular que colide com a rede de actina. "

p Usando um microscópio de superresolução personalizado, os pesquisadores fizeram filmes que capturaram os momentos exatos em que os canais iônicos colidiram com a rede de actina. O que mais, eles realizaram análises estatísticas sobre esses movimentos para fornecer evidências dos principais elementos estruturais da actina. A rede de actina cortical em uma célula é um fractal, o que significa que é estruturalmente semelhante em várias escalas de comprimento.

p "A natureza fractal da rede de actina explica nossas medições, "Sadegh disse." Isso nos leva a questionar por que vemos tantos fractais na natureza. É uma forma eficiente de organizar funções? É uma questão interessante para estudos futuros. "

p A análise dos pesquisadores da CSU mostrou que os movimentos aleatórios das proteínas da membrana celular exibem padrões sofisticados. Entre suas observações estava que as proteínas tendiam a retornar aos lugares que haviam visitado anteriormente. Pela primeira vez, os pesquisadores da CSU ofereceram evidências estatísticas e visuais de que esse retorno é causado diretamente pela natureza fractal da actina.

p O principal desafio técnico era conseguir imagens de alta resolução em intervalos de tempo muito curtos, de acordo com Krapf. "Se esperarmos 10 segundos, o citoesqueleto celular muda, então, precisamos criar uma imagem rápida. Estávamos empregando intervalos de dois segundos, e dentro desses segundos precisávamos obter uma resolução espacial alta o suficiente para ver as colisões entre proteínas de membrana individuais e a estrutura de actina. "

p Os pesquisadores querem entender tudo sobre a membrana celular, porque é assim que a célula se comunica com seu ambiente externo, e pode ser a chave para a progressão da doença e outros aspectos da saúde humana. "É importante para nós entender como a célula organiza sua membrana para manter as coisas nos lugares que precisam estar, "Sadegh disse. Ela sugeriu que estudos futuros poderiam se concentrar em locais específicos na membrana - por exemplo, onde ocorre a endocitose - e como a rede de actina regula a atividade localizada.