Para manter uma célula viva, proteínas motoras moleculares transportam constantemente blocos de construção e resíduos através da célula, ao longo de sua rede de biopolímeros. Por causa da alta densidade dessas proteínas, acredita-se que os efeitos de interferência afetam esse transporte, assim como os congestionamentos afetam o tráfego nas ruas. Contudo, não se sabe muito sobre esses efeitos de aglomeração no tráfego celular. Os pesquisadores dos grupos de Erwin Peterman e Peter Schall no LaserLaB (VU) e no Instituto de Física (UvA) encontraram agora uma maneira de visualizar e medir diretamente esses efeitos de interferência no tráfego celular. Seus resultados, que foram publicados em Revisão Física X esta semana, rendem novos insights sobre as interações motoras no transporte motor molecular lotado. Este projeto está recebendo financiamento do programa Complexidade da NWO.
As células vivas requerem um transporte constante de nutrição e resíduos. Isso é conseguido por proteínas motoras moleculares que transportam organelas e outros blocos de construção ao longo da rede de biopolímeros do citoesqueleto, que abrange o volume da célula. O mecanismo de marcha dos motores individuais foi estudado extensivamente:Kinesin-1, por exemplo, um importante representante da família de proteínas Cinesina, se move pelo subsequente, passo a passo de dois domínios motores em etapas bem definidas de 8 nanômetros. O que ainda não ficou claro é como os motores andam e interagem coletivamente. Devido à sua densa população, efeitos de aglomeração podem afetar crucialmente o transporte através da célula, mas até agora esses efeitos não puderam ser acessados no regime densamente povoado.
Medidas de velocidade
Os pesquisadores da UvA e da VU já fizeram um progresso significativo nessa questão, combinando uma nova técnica de imagem de correlação com modelagem física. Como em estudos anteriores, eles usaram motores marcados com fluorescência sob condições bem definidas em microtúbulos - componentes do citoesqueleto da célula - montados em uma lâmina de vidro. Ao correlacionar os pontos de imagem em movimento das proteínas motoras fluorescentes no espaço e no tempo, os pesquisadores puderam pela primeira vez medir sua velocidade e comprimento de corrida ao longo do filamento em altas densidades.
Essas medições revelaram uma desaceleração notável dos motores à medida que a densidade aumentou, demonstrando a formação de congestionamentos. Esses engarrafamentos foram confirmados diretamente nos traços observados dos motores. Além disso, os pesquisadores mostraram que esses engarrafamentos foram bem descritos por modelos de transporte simples, em que as proteínas motoras são modeladas por partículas duras que se acumulam à medida que entram no caminho umas das outras. Surpreendentemente, no entanto, as diferentes espécies motoras mostraram comprimentos muito diferentes sobre os quais eles interagem:a partir de seu tamanho físico, conforme assumido no modelo simples, até uma distância 30 vezes maior que esse tamanho.
Embora o esclarecimento do mecanismo por trás dessa interação de longo alcance permaneça um problema aberto intrigante para pesquisas futuras, os resultados atuais já ilustram as características muito diferentes dos motores. Aprender mais sobre essas propriedades específicas da proteína motora pode ajudar a lidar com, ou até mesmo suprimir efeitos de congestionamento no tráfego celular. Por exemplo, é bem sabido que, em doenças como a doença de Alzheimer, o transporte neuronal é severamente prejudicado, resultando em acúmulos locais de proteínas motoras e suas cargas, que pode desempenhar um papel na neurodegeneração.
