p Biofísicos do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou e da Universidade de Groningen, na Holanda, visualizaram um ciclo de transporte quase completo do homólogo do transportador de glutamato de mamífero de arquéias. Eles confirmaram que o mecanismo de transporte se assemelha ao de um elevador:uma "porta" se abre, íons e moléculas de substrato entram, a porta fecha, e eles viajam através da membrana. Presumivelmente, os transportadores de mamíferos operam da mesma maneira, portanto, essa descoberta é potencialmente importante para o desenvolvimento de novos tratamentos para esquizofrenia e outras doenças mentais causadas pelo mau funcionamento desses transportadores. A pesquisa foi publicada na revista Nature Communications . p Os impulsos nervosos viajam pelo corpo humano na forma de sinais químicos ou cargas elétricas, como correntes de íons. Neurônios, as células do sistema nervoso, pode gerar e propagar sinais elétricos. Um neurônio consiste em um corpo celular com projeções de dois tipos:múltiplos dendritos e um único axônio. O corpo celular e os dendritos funcionam como uma antena captando sinais de outros neurônios. Somando e processando todos os sinais de entrada, o neurônio gera seus próprios impulsos, que são então transmitidos ao neurônio vizinho. O impulso elétrico em um axônio é semelhante à corrente elétrica nos fios, mas é transportado por íons de sódio e cálcio, em vez de elétrons. Dito isto, a transmissão do sinal elétrico só é possível dentro de um neurônio. Os sinais transmitidos entre os neurônios são de natureza química e envolvem estruturas especiais, chamadas sinapses.

p O sinal em uma sinapse é geralmente transportado por substâncias químicas chamadas neurotransmissores. Um neurônio libera neurotransmissores na fenda sináptica, e a membrana do neurônio receptor reconhece o neurotransmissor por meio de um receptor dedicado.

p Outro estágio oculto, mas vital neste processo, é que as moléculas do neurotransmissor devem ser removidas da fenda sináptica para permitir a próxima transmissão do pulso. De outra forma, o neurônio receptor será superestimulado. Os neurotransmissores são eliminados por transportadores dedicados que bombeiam essas moléculas da fenda sináptica de volta ao corpo celular. Esses transportadores estão localizados nas sinapses dos neurônios ou nas chamadas células gliais, que fornecem suporte e proteção para os neurônios (fig. 1).

p O glutamato é o principal neurotransmissor excitatório do cérebro humano. Quando o glutamato é liberado na fenda sináptica, isso excita o próximo neurônio na sequência. O sistema nervoso humano também possui neurotransmissores inibitórios, por exemplo GABA (ácido gama-aminobutírico), que extingue qualquer potencial do neurônio quando liberado.

p O transportador de glutamato limpa o glutamato da fenda sináptica. Esse processo é crucial para o funcionamento do cérebro humano. A inibição da remoção do glutamato da fenda está ligada a muitas doenças neurodegenerativas e transtornos mentais, incluindo esquizofrenia.

p Muitas vezes podemos aprender muito sobre alguém apenas olhando para seus parentes. O mesmo vale para proteínas evolutivas semelhantes, chamados homólogos. O grupo de cientistas russos e holandeses resolveu um conjunto conformacional do transportador de aspartato de arquéias, que é homólogo aos transportadores de glutamato em humanos.

p Até recentemente, A cristalografia de raios X foi a principal técnica para estudar as estruturas 3-D das proteínas. O principal desafio desse método é a cristalização de proteínas para a obtenção de imagens de difração de cristais. As proteínas da membrana tendem a não formar cristais de boa difração facilmente.

p Para superar esse gargalo, outra técnica chamada microscopia crioeletrônica pode ser usada. Em crio-EM, uma amostra vitrificada é irradiada por um feixe de elétrons e as imagens coletadas são combinadas, produzindo uma reconstrução tridimensional da proteína. O modelo obtido é analisado e pode ser usado para projetar novos medicamentos.

p A estrutura do homólogo do transportador de glutamato de mamífero foi determinada usando um microscópio crio-eletrônico na Universidade de Groningen, na Holanda. Essas proteínas consistem em três moléculas individuais, portanto, eles formam trímeros. Cada protômero individual consiste em duas partes:a parte imóvel fixada na membrana e o domínio de transporte móvel semelhante a um elevador. O estudo revelou 15 estruturas de protômero (em cinco trímeros), incluindo conformações intermediárias. A equipe também confirmou movimentos independentes de domínios de transporte.

p "Essas estruturas nos ajudam a explicar como essas proteínas evitam o vazamento de sódio, "o chefe do Laboratório de Microscopia Eletrônica Estrutural de Sistemas Biológicos do MIPT, Albert Guskov explicou. "Assim como em um elevador, o domínio de transporte tem uma porta, e enquanto permanecer aberto, o elevador não se move. Mas uma vez que os íons de sódio e o substrato - neste caso, as moléculas de aspartato - entram no elevador, a porta fecha, e pronto. Então, se houver apenas íons de sódio presentes, isso não é suficiente para fechar a porta. "

p “Isso torna o transporte muito eficiente, que é particularmente importante no caso de proteínas humanas, uma vez que não se trata apenas de comer o aspartato - como em archaea - mas sobre a transferência de informações entre os neurônios, "acrescentou o cientista.

p O Laboratório de Microscopia Eletrônica Estrutural de Sistemas Biológicos, liderado pelo professor Guskov, está estabelecendo uma infraestrutura científica moderna no MIPT, permitindo a pesquisa de ciclo completo em crio-EM de partícula única na Rússia. Em 2019, a equipe lançou uma plataforma de pesquisa baseada no microscópio crioeletrônico FEI Polara G2 com planos adicionais para atualizá-lo para o microscópio de última geração.

p "As competências do laboratório estão em alta demanda na comunidade científica russa, e a expansão da rede acadêmica internacional permite o acesso à infraestrutura científica moderna. Essa infraestrutura abre novas oportunidades para estudar as questões fundamentais da biologia, tais como os mecanismos de funções dos canais iônicos e transportadores, interações dentro de complexos de proteínas, etc. Também nos ajuda a encontrar parceiros industriais que conduzam pesquisas para a aplicação de nossas descobertas no design de medicamentos e em outras áreas da medicina, "O professor Guskov comentou.