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A chave do ‘cofre’

Partículas grandes em forma de barril, conhecidas como abóbadas, são encontradas em grande número nas células de muitos organismos, incluindo humanos. Mas o que eles fazem? E por que tão poucos biólogos os estudam?

por Redação CPAH

Em 1986, os pesquisadores da UCLA Nancy Kedersha e Leonard Rome estavam tentando isolar vesículas celulares, quando detectaram uma partícula contaminante entre as amostras. Querendo saber se essas partículas de formato estranho poderiam estar relacionadas de alguma forma com as vesículas, a equipe as purificou e caracterizou. Descobriu-se que não tinham nenhuma relação com vesículas – feitas de proteínas e uma pequena quantidade de RNA.

Depois de um concurso de nomes no laboratório, a dupla escolheu um nome baseado na arquitetura característica da parede da partícula, que não era diferente do teto abobadado de uma catedral. É aqui que começa a estranha história das misteriosas organelas celulares conhecidas como ‘abóbadas’ .

Abundantes e em todos os lugares,

os Vaults são uma das maiores partículas que ocorrem naturalmente nas células . Com 70 nm de comprimento, eles são maiores que um ribossomo. E, no entanto, também são simples – contendo apenas três proteínas diferentes, enquanto um ribossomo pode conter cem.

As partículas estão presentes numa curiosa seleção de organismos. Rome, agora um ilustre professor de química biológica na UCLA, viu pela primeira vez abóbadas em células de fígado de ratos, mas também as encontrou na maioria das células humanas. Eles podem ser encontrados em todo o reino eucariótico – desde eucariontes antigos e simples, como protozoários, até animais superiores – mas foram perdidos por grandes grupos, como leveduras e plantas. Irritantemente para a pesquisa de Roma, eles também não estão presentes em organismos modelo clássicos, como os nematóides ou a Drosophila .

Onde há cofres, há muitos deles. Roma estima que existam cerca de 10 mil em uma célula humana típica . “Algumas contas rápidas sugerem que você tem cerca de 160 quatrilhões de cofres dentro de você”, diz ele. As proteínas dos Vaults são altamente conservadas nos eucariontes que possuem as partículas, e a análise sugere que a principal proteína do Vault (MVP), que constitui a maior parte das partículas, estava presente no último ancestral comum eucariótico.

As abóbadas permaneceram desconhecidas por tanto tempo porque são difíceis de corar e de diferenciar de outros corpos celulares, como as partículas de glicogênio. “As abóbadas contêm apenas 4% de RNA, por isso não captam manchas como os ribossomos”, diz Rome. “Sob um microscópio eletrônico, seriam apenas mais uma mancha cinza. Eles tiveram que ser purificados por acidente para poder vê-los, e tivemos a sorte de sofrer esse acidente.”

Sabemos agora que as abóbadas são grandes, abundantes e altamente conservadas – características que sugerem uma importante função celular. Mas quase 40 anos desde a sua descoberta, nem Roma, nem ninguém, descobriu o que poderia ser.

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As abóbadas têm o nome da arquitetura característica da parede da partícula, que não é diferente do teto abobadado de uma catedral.


Encontrando uma função

Rome e sua colega pesquisadora da UCLA, Dra. Valerie Kickhoefer, passaram décadas tentando entender qual a finalidade dos cofres nas células. Essa pergunta é feita a Roma com tanta frequência que sua resposta padrão é brincar que a função deles é “ajudar-me a colocar meus três filhos na faculdade”. Mas a verdade é que todos os tipos de estudos e experiências para tentar deduzir a função das abóbadas não conseguiram chegar a uma resposta conclusiva .

Os cofres são compostos de três proteínas e um pequeno RNA não traduzido. A proteína MVP constitui o invólucro externo, enquanto as outras duas proteínas estão envolvidas no empacotamento e na estabilização da carga de RNA. Descobriu-se que alguns organismos com a proteína MVP eliminada eram de “crescimento ligeiramente lento”, mas os camundongos knockout para MVP eram perfeitamente saudáveis. A perda da proteína TAP1 interna, conhecida por ser uma proteína de ligação ao RNA da telomerase, também teve pouco efeito, sem nenhum efeito perceptível nos telômeros dos camundongos, no envelhecimento ou na saúde em geral ¹ . A eliminação de outra proteína vault, conhecida como VPARP, levou a ratos com crescimento tumoral ligeiramente aumentado quando os tumores foram induzidos. Eliminar todas as três proteínas do vault, criando camundongos completamente sem vault, também resultou em camundongos fenotipicamente normais, embora com alguns problemas sutis no sistema imunológico² .

Nenhum dos efeitos foi forte – os organismos sem cofre pareciam “bastante bons”, diz Rome. 

Pistas promissoras surgiram e desapareceram ao longo dos anos, ligando os cofres à resistência a infecções ³ , sinalização celular   e autofagia  . A superexpressão da principal proteína vault em certas linhagens de cânceres resistentes a medicamentos fez com que os vaults se tornassem um tópico de interesse em muitos estudos de multirresistência a medicamentos  . Roma já pensou que os cofres poderiam estar envolvidos no transporte de mRNA através da célula, devido à maneira como eles se associam aos filamentos de actina que atravessam o citoplasma, mas isso acabou sendo uma “toca de coelho” que não levava a lugar nenhum.

Embora existam agora evidências decentes de que as abóbadas influenciam indiretamente a resposta do sistema imunológico e o desenvolvimento do tumor, ainda não há pistas fortes quanto a uma função específica. Roma tem mais ideias que gostaria de explorar mais a fundo. Uma hipótese é que as abóbadas, dada a sua massa proteica, possam ser uma espécie de molécula de armazenamento em massa de aminoácidos, semelhante à forma como as partículas de glicogénio armazenam glicose .

Roma inclina-se para a ideia de que as abóbadas estão a ajudar a coordenar algo no citoplasma celular – como os vários corpos celulares transitórios sem membrana (ou seja, grânulos de stress e corpos de processamento) que se descobriu terem papéis na resposta a stresses como infecções virais e Câncer. “É muito possível que eles estejam movimentando coisas pela célula, mas não há dados. Simplesmente não sabemos”, diz ele.

Montando cofres

Quando Rome e seus alunos tentaram criar cofres recombinantes, unindo o gene da proteína principal do cofre (MVP) em insetos, eles encontraram algo particularmente interessante. Os insetos começaram a produzir abóbadas, mas em nenhum momento nenhum MVP livre foi detectado na célula.Descobriu-se que o MVP se reunia na partícula característica em forma de barril à medida que a proteína era produzida pelo ribossomo, ou mais precisamente, à medida que múltiplos ribossomos viajavam ao longo da cadeia de mRNA 

 .À medida que um dímero de MVP é produzido por um ribossomo, ele se dobra sobre si mesmo e se conecta ao próximo dímero de MVP produzido pelo ribossomo que se move ao longo do mRNA atrás dele (ver Figura 1, etapa 1, acima). Isto continua à medida que mais e mais ribossomos progridem ao longo do mRNA, com os dímeros ligando-se uns aos outros de uma forma que forma gradualmente uma parede curva, como as aduelas de um barril que se automontam.Quando 39 dímeros de MVP se juntam e o primeiro e o último fecham a estrutura, tudo é arrancado e liberado na célula.

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Figura 1: A proteína Major Vault (MVP). À medida que a fita MVP (vermelha) é produzida a partir do mRNA pelo ribossomo (azul e amarelo), ela recua e se liga à próxima que está sendo produzida, e múltiplas fitas formam uma grande estrutura de macrocápsula.


Vamos aos aplicativos

Embora os Institutos Nacionais de Saúde dos EUA tenham financiado os estudos das abóbadas de Roma durante 15 anos, acabaram por perder o interesse e o financiamento cessou. Ele diz que começar com a partícula e tentar encontrar sua função tem sido “exponencialmente mais difícil” do que começar com uma função e tentar deduzir um mecanismo, “especialmente quando você não tem grandes espécies eucarióticas nocauteadas, como leveduras, vermes ou moscas”. disponível”.

Sem financiamento para continuar a investigar a função, Roma passou a explorar aplicações potenciais de partículas de abóbada . Ele e colegas estão trabalhando em um cofre anticancerígeno projetado que exibe o composto CCL21 – uma quimiocina que normalmente atua no sistema linfático, atraindo células dendríticas e células T e estimulando-as a atacar células tumorais  . Uma vantagem de usar agentes baseados em cofres na imunoterapia é que eles eliminariam a necessidade de células de pacientes transfectadas com vírus, e os cofres são idênticos entre as pessoas, de modo que tais nanomedicamentos poderiam ser usados imediatamente. A Vault Pharma, fundada em 2013, planeja iniciar ensaios clínicos para sua terapêutica projetada para câncer de pulmão no próximo ano e está expandindo os ensaios para tratar outros tipos de câncer. Outras ideias potenciais que estão sendo exploradas são vacinas contra patógenos ou câncer baseadas em cofres .

Em uma aplicação de abóbadas completamente diferente, Shaily Mahendra, colega de Roma na UCLA, está explorando o uso de nanopartículas de abóbadas embaladas com enzimas para degradar contaminantes ambientais. Múltiplas enzimas para degradação de poluentes orgânicos, incluindo peroxidase de manganês, foram encapsuladas em abóbadas, o que pareceu melhorar a estabilidade das enzimas sem comprometer sua atividade catalítica  .

Apesar dessas aplicações interessantes, ainda são poucos os cientistas que estudam os cofres. Rome conhece apenas alguns outros grupos além de sua equipe e colaboradores que têm explorado a estrutura e a engenharia do vault. “Ninguém estuda cofres. Basicamente somos isso”, diz ele.

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A pesquisa de Roma, em 1986, descobriu que os cofres eram feitos de proteínas e uma pequena quantidade de RNA


Estudo individual

Rome está agora semi-aposentado, administrando um pequeno laboratório, estabelecendo novas colaborações e produzindo vídeos humorísticos no YouTube para divulgar os cofres e a biologia celular. Ele tem esperança de que a função do cofre seja compreendida em breve, mas isso exige que mais estudantes de ciências da vida realmente saibam que eles existem. 

“ Os principais livros de biologia celular descrevem todos os principais componentes da célula humana, mas nunca colocam um cofre ali . OK, isso é porque não sabemos o que eles fazem. Mas quantas outras coisas existem que os livros ignoram porque não sabemos o que eles fazem? Os cofres são um grande elefante na sala. Mas as fotos da sala deixam o elefante de fora.”

Apesar de sua longa e aparentemente solitária busca para desvendar o mistério do cofre, Rome diz que está se divertindo mais do que nunca com sua pesquisa.

“As pessoas estão me contatando, estou encontrando mais alguns laboratórios interessados em trabalhar com vaults. E ficarei muito feliz se alguém descobrir o que os cofres fazem antes de eu morrer .”

Os vídeos de divulgação pública de Leonard Rome sobre cofres podem ser encontrados no YouTube .
vaultpharma. com

Referências

1) Liu, Y. et al. A polimerase Vault poli (adp-ribose) está associada à telomerase de mamíferos e é dispensável para a função da telomerase e estrutura da abóbada in vivo. Mol. Biol celular. 24 (12),
5314–5323 (2004).

2) Kickhoefer, VA e Roma, L. (não publicado).

3) Kowalski, MP et al. Resistência do hospedeiro à infecção pulmonar mediada pela principal proteína vault nas células epiteliais. Ciência 317 (5834), 130–2 (2007).

4) Berger, W. et al. Vaults e a principal proteína vault: novos papéis na regulação e imunidade da via de sinal. Célula. Mol. Ciência da Vida. 66 (1) 43–61 (2009).

5) Horos, R. et al. Vault RNA emerge como um regulador da autofagia seletiva. Autofagia 15 (8), 1463–1464 (2019).

6) Kickhoefer, VA et al. As abóbadas são reguladas positivamente em linhas celulares de cancro multirresistentes. J. Biol. Química. 273 (15), 8971–8974 (1998).

7) Kar, Reino Unido et al. A nova entrega intratumoral da nanocápsula CCL21-vault inibe o crescimento do câncer de pulmão. PLOS UM 6 (5), e18758 (2011).

8) Wang, M. et al. Nanopartículas Vault embaladas com enzimas como uma tecnologia eficiente de biodegradação de poluentes. ACS Nano 9 (11), 10931–10940 (2015).

9) Mrazek, J. et al. Polirribossomos são nanoimpressoras 3D moleculares que orquestram a montagem de partículas em abóbada. ACS Nano 8 (11), 11552–11559 (2014).

Leonard H Rome  é distinto professor de química biológica na David Geffen School of Medicine da UCLA e diretor associado da Vault Pharma.

É aqui que começa a estranha história das misteriosas organelas celulares conhecidas como ‘abóbadas’Os cofres são uma das maiores partículas que ocorrem naturalmente nas célulasOnde há cofres, há muitos deles. Roma estima que existam cerca de 10.000 em uma célula humana típicaMas a verdade é que todos os tipos de estudos e experiências para tentar deduzir a função das abóbadas não conseguiram chegar a uma resposta conclusiva.Uma hipótese é que as abóbadas, dada a sua massa proteica, poderiam ser uma espécie de molécula de armazenamento de aminoácidos, semelhante à forma como as partículas de glicogênio armazenam glicose.Sem financiamento para continuar a investigar a função, Roma passou a explorar aplicações potenciais de partículas de abóbadaOutras ideias potenciais que estão sendo exploradas são vacinas contra patógenos ou câncer baseadas em cofresOs principais livros de biologia celular descrevem todos os principais componentes da célula humana, mas nunca colocam um cofre láFicarei muito feliz se alguém descobrir o que os cofres fazem antes de eu morrer

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