Os cientistas do St. Jude Children’s Research Hospital resolveram a estrutura 3D de um importante complexo proteico nos cílios, sinalizando apêndices encontrados nas células. A estrutura foi capturada na resolução mais alta até o momento. O trabalho serve como base para estudar doenças do cérebro, rins, esqueleto e olhos que envolvem cílios, mas são difíceis de investigar. As conclusões foram publicadas hoje na Pesquisa Celular.
Os cílios são projeções semelhantes a cabelos encontradas em quase todas as células de mamíferos que controlam muitos processos de sinalização. O cílio é um tipo de tubo fino que não possui a maquinaria para sintetizar as proteínas necessárias para a sinalização celular. Portanto, as moléculas de sinalização dentro dos cílios devem ser trazidas de outras áreas da célula. Os complexos de transporte intraflagelar, chamados IFT-A e IFT-B, servem como trens que trazem proteínas de e para os cílios.
Por mais de uma década, os cientistas tentaram entender a estrutura dos complexos IFT-A e -B. Os cientistas de St. Jude determinaram a estrutura do IFT-A para uma resolução geral em torno de 3-4 Angstroms, o que nos permite visualizar esses complexos em detalhes quase atômicos.
“Agora que temos a estrutura de alta resolução deste complexo ciliar, podemos mapear mutações conhecidas por causar doenças e, em seguida, projetar intervenções clínicas”, disse o co-autor Ji Sun, Ph.D., St. Jude Department of Structural Biology . “Podemos dizer no nível atômico como esses trens se juntam para formar estruturas muito elegantes nos cílios. Também podemos usar esse conhecimento para entender como as mutações de doenças interrompem essa estrutura”.
Seu trabalho revela novos detalhes que nunca foram claros o suficiente para entender em tentativas anteriores. Por exemplo, eles revelaram sítios de ligação de zinco previamente desconhecidos em IFT-A. Os sítios de ligação ao zinco são importantes para um tipo de domínio de proteína chamado dedos de zinco. Os dedos de zinco são críticos para certas interações proteína-proteína, o que explica algumas conexões mal compreendidas dentro do complexo do trem.
“Foi muito emocionante ver os dedos de zinco porque ninguém tinha visto ou mesmo previsto locais de ligação de zinco no IFT-A”, disse Sun. “Nosso estudo foi capaz de revelar isso com confiança. Poderíamos dizer, ‘Ei, há zinco, e é importante para a interação proteína-proteína, o que também pode facilitar a montagem do trem.’ Nunca teríamos descoberto isso sem nossas informações estruturais de alta resolução.”
Um bilhete molecular para montar
Embora importante, o trem é apenas parte da história. Os cientistas conseguiram resolver a estrutura do IFT-A em complexo com a proteína Tubby-related protein 3 (TULP3).
“Para andar de trem, você precisa de uma passagem. TULP3 é uma passagem para entrar no trem do IFT-A”, disse Sun. “TULP3 pode então reconhecer diferentes cargas aceitáveis para serem transportadas no trem. Então, quando você tem carga molecular que pode segurar este bilhete, ele pode andar no trem. Se você interromper esta interação TULP3, então você não pode mais transportar certas cargas , porque eles não têm um bilhete molecular válido.”
Encontrar a estrutura 3D de TULP3 e IFT-A em complexo é uma grande conquista que dará uma visão de como as moléculas de sinalização se movem de e para os cílios e como a interrupção na interface entre os dois pode causar doenças.
Compreender as doenças dos cílios em alta resolução
Os cílios são organelas importantes em muitas espécies. Essa alta conservação entre as espécies diz aos cientistas que os cílios são importantes. Muitas mutações nas proteínas ciliares estão associadas a doenças de diferentes tecidos. No entanto, sem uma estrutura, é difícil racionalizar como as alterações nas proteínas causam doenças. Portanto, os cientistas fizeram muitas tentativas para resolver a estrutura dos componentes ciliares na última década. O grupo St. Jude conseguiu produzir uma estrutura de IFT-A em alta resolução usando um método conhecido como criomicroscopia eletrônica de partícula única (crio-EM).
“O campo está esperando há muito tempo para ver esses complexos”, disse Sun. “O IFT-A é um complexo de seis proteínas. Sabemos que as mutações do IFT-A afetam o desenvolvimento do esqueleto, especialmente das costelas, mas também estruturas como a retina. Existem muitas doenças do desenvolvimento causadas por mutações neste complexo.”
Combinadas, as estruturas de alta resolução de IFT-A e TULP3 em complexo podem agora servir como base de investigação para muitas doenças do desenvolvimento envolvendo cílios e ajudar a orientar a criação de novas abordagens para mitigar ou curá-las.
Autores e financiamento
O primeiro autor do estudo é Meiqin Jiang, de St. Jude. Os outros autores são Darcie Miller, Hanwen Zhu e Patricia Hixson, todos de St. Jude; e Vivek Reddy Palicharla, Sun-Hee Hwang e Saikat Mukhopadhyay, Centro Médico Southwestern da Universidade do Texas.
O estudo foi financiado pelo centro crio-EM St. Jude e por doações dos Institutos Nacionais de Saúde (R00HL143037, R35GM144136 e 1S10OD028630) e ALSAC, a organização de arrecadação de fundos e conscientização de St. Jude.