As membranas celulares desempenham um papel crucial na manutenção da integridade e funcionalidade das células. No entanto, os mecanismos pelos quais elas desempenham essas funções ainda não são totalmente compreendidos. Cientistas da Universidade de Genebra (UNIGE), em colaboração com o Institut de biologie structurale de Grenoble (IBS) e a Universidade de Friburgo (UNIFR), usaram microscopia crioeletrônica para observar como lipídios e proteínas na membrana plasmática interagem e reagem ao estresse mecânico. Este trabalho mostra que, dependendo das condições, pequenas regiões da membrana podem estabilizar vários lipídios para desencadear respostas celulares específicas. Essas descobertas, publicadas no periódico Naturezaconfirmam a existência de domínios lipídicos bem organizados e começam a revelar o papel que desempenham na sobrevivência celular.
As células são cercadas por uma membrana — a membrana plasmática — que atua como uma barreira física, mas também deve ser maleável. Essas propriedades são dotadas pelos componentes constituintes das membranas — lipídios e proteínas — cuja organização molecular varia de acordo com o ambiente externo. Esse dinamismo é crítico para a função da membrana, mas deve ser finamente equilibrado para garantir que a membrana não se torne nem muito tensa nem muito frouxa. Acredita-se que a maneira como as células percebem as mudanças nas propriedades biofísicas da membrana plasmática envolva microrregiões na membrana — conhecidas como microdomínios — que são postuladas como possuidoras de um conteúdo e organização específicos de lipídios e proteínas.
Microscopia crioeletrônica de alta resolução
A equipe liderada por Robbie Loewith, professor titular do Departamento de Biologia Molecular e Celular da Faculdade de Ciências da UNIGE, está interessada em como os componentes da membrana plasmática interagem entre si para garantir que as propriedades biofísicas gerais da membrana permaneçam otimizadas para o crescimento e a sobrevivência celular.
”Até agora, as técnicas disponíveis não nos permitiam estudar lipídios em seu ambiente natural dentro de membranas. Graças ao Dubochet Center for Imaging (DCI) nas Universidades de Genebra, Lausanne, Berna e EPFL, conseguimos enfrentar esse desafio usando microscopia crioeletrônica”, explica Robbie Loewith. Essa técnica permite que amostras sejam congeladas a -200°C para capturar membranas em seu estado nativo, que podem então ser observadas em um microscópio eletrônico.
Os cientistas usaram fermento de padeiro (Saccharomyces cerevisiae), um organismo modelo usado em muitos laboratórios de pesquisa porque é muito fácil de cultivar e manipular geneticamente. Além disso, a maioria de seus processos celulares fundamentais espelham aqueles de organismos superiores. Este estudo se concentrou em um microdomínio de membrana específico estruturado por uma capa de proteína conhecida como eisossomos. Acredita-se que essas estruturas sejam capazes de sequestrar ou liberar proteínas e lipídios para ajudar as células a resistir e/ou sinalizar danos à membrana, usando processos que eram anteriormente desconhecidos.
”Pela primeira vez, conseguimos purificar e observar eisossomos contendo lipídios da membrana plasmática em seu estado nativo. Este é um verdadeiro passo à frente em nossa compreensão de como eles funcionam”, explica Markku Hakala, um estudante de pós-doutorado no Departamento de Bioquímica da Faculdade de Ciências da UNIGE e coautor do estudo.
Convertendo um sinal mecânico em um sinal químico
Usando microscopia crioeletrônica, os cientistas observaram que a organização lipídica desses microdomínios é alterada em resposta a estímulos mecânicos. ”Descobrimos que quando a estrutura proteica do eisossomo é esticada, o arranjo complexo de lipídios nos microdomínios é alterado. Essa reorganização dos lipídios provavelmente permite a liberação de moléculas de sinalização sequestradas para desencadear mecanismos de adaptação ao estresse. Nosso estudo revela um mecanismo molecular pelo qual o estresse mecânico pode ser convertido em sinalização bioquímica por meio de interações proteína-lipídio em detalhes sem precedentes”, entusiasma-se Jennifer Kefauver, pesquisadora de pós-doutorado no Departamento de Biologia Molecular e Celular e primeira autora do estudo.
Este trabalho abre muitas novas avenidas para estudar o papel primordial da compartimentalização da membrana — ou seja, o movimento de proteínas e lipídios dentro das membranas para formar subcompartimentos conhecidos como microdomínios. Este mecanismo permite que as células realizem funções bioquímicas especializadas, em particular a ativação de vias de comunicação celular em resposta aos vários estresses aos quais podem ser expostas.
