Nova sonda auxilia novas descobertas sobre funções celulares – ScienceDaily

A pesquisa colaborativa da Universidade de Cincinnati desenvolveu uma nova sonda para estudar melhor as células que já levou a novos conhecimentos sobre certos processos celulares.

Jiajie Diao, PhD, da UC, e Yujie Sun, PhD, são os principais autores de uma nova pesquisa publicada em 4 de maio em Sensores ACS.

Concentre-se nos endolissomos

A pesquisa da equipe se concentrou em organelas, ou estruturas especializadas que realizam várias funções dentro das células, chamadas endolisossomos. Os lisossomos são organelas que atuam como o “centro de reciclagem” da célula, reutilizando blocos de construção quebrados ou com defeito para diferentes propósitos, e os endolisossomos são um subconjunto de lisossomos que começam como uma organela diferente chamada endossomo.

Os lisossomos são uma organela importante a ser estudada porque as anormalidades podem levar às chamadas doenças de armazenamento lisossomal, que causam acúmulo de substâncias tóxicas nas células. Anormalidades na função lisossômica também estão associadas a doenças neurodegenerativas e câncer.

“Se os lisossomos não estiverem funcionando normalmente, a célula acumulará muitos resíduos, levando à morte celular”, disse Diao, membro do Centro de Câncer da Universidade de Cincinnati e professor associado do Departamento de Biologia do Câncer na Faculdade de Medicina da UC.

No processo de transição de um endossomo para um lisossomo, essas organelas mudam seus níveis de pH de um ambiente neutro para um ambiente ácido. Se o ambiente não for ácido o suficiente, os lisossomos não podem fazer seu trabalho de limpar e reciclar os resíduos adequadamente.

“Estamos tentando imaginar esse processo e tentando rastrear todo o processo de mudança do endolisossomo e tentando descobrir em que estado e em que local esses endolissomos se tornarão anormais”, disse Diao.

nova sonda

A equipe de Diao e Sun publicou uma pesquisa no ano passado sobre a sonda ECGreen, que ficou com um tom mais claro de verde quando o ambiente da célula se tornou mais ácido. Embora tenha sido um passo à frente, Diao disse que o ECGreen ainda tem limitações.

“É difícil avaliar o valor absoluto, porque só posso saber que diminuiu”, disse Diao. “A intensidade se torna mais alta, mas quão alto é alto? Não há como você realmente calibrar esse valor.”

A mais nova sonda desenvolvida pela equipe é verde quando está em um ambiente neutro e muda para uma cor vermelha quando o ambiente da célula se torna mais ácido.

“Portanto, temos sinalização vermelha e sinalização verde e, ao calcular a proporção, podemos calibrar o valor exato do pH”, disse Diao. “Isso é mais robusto e preciso para medir o pH dentro do endolisossomo, então é uma grande vantagem.”

“Nossa sonda exibe excelente fluorescência sensível ao pH em endolisossomos em diferentes estágios de interesse”, acrescentou Sun, membro do Cancer Center, professor associado e codiretor do programa de pós-graduação no Departamento de Química da UC.

Pesquisa em ação

Quando o ambiente de uma célula muda, como quando uma célula é danificada, ela precisa aumentar o número de lisossomos para reciclar ou limpar a célula. Mas o processo que as células usam para aumentar o número de lisossomos não era conhecido anteriormente.

Usando a nova sonda, os pesquisadores descobriram que não importa em que ambiente uma célula esteja, e se é uma célula normal ou anormal, ela manterá uma proporção constante de endossomos que depois converte em lisossomos.

“Ao aplicar a pequena sonda molecular em células vivas, fomos capazes de revelar uma taxa de conversão constante de endossomos iniciais para endossomos/lisossomas tardios”, disse Sun. “Estamos muito felizes por termos conseguido revelar essa taxa de conversão constante.”

Diao observou que, pela primeira vez, a equipe descobriu que esse processo do endossomo ao lisossomo é governado por um complicado processo controlado por proteínas.

“Esse processo é altamente regulamentado e você não pode pular nenhuma etapa, mesmo que seja uma emergência”, disse Diao.

Aplicativos de sondagem

Além dos usos descritos na pesquisa publicada, Diao disse que há várias outras aplicações para a nova sonda.

“Podemos saber a localização do endolisossoma, podemos saber o número, podemos saber a mudança de pH, podemos saber o tamanho do endolisossomo”, disse ele. “Eventualmente teremos todos os parâmetros sobre os endolisossomos dentro da célula.”

Com todas essas informações, a equipe está trabalhando para desenvolver um software de aprendizado de máquina capaz de traçar o perfil de anormalidades celulares e diagnosticar rapidamente problemas de lisossomos que podem levar a doenças. Esse método seria mais rápido e econômico do que o sequenciamento atual de genes e proteínas e, na prática, só poderia ser um paciente saudável fazendo um simples exame de sangue que informa se ele tem fatores de risco para certas doenças lisossômicas.

“Você só precisa fazer a coloração e, em 10 minutos, terá todas as informações”, disse Diao. “Na verdade, estamos tentando desenvolver um sistema com essas sondas para que possamos fazer um diagnóstico rápido.”

Os pesquisadores também estão estudando tratamentos que afetam o processo de transição do endossomo para o lisossomo para acelerar o complicado processo, incluindo pesquisas usando luz para acelerar o processo.

“Nossos resultados de pesquisa demonstram que é uma direção extremamente promissora na concepção e desenvolvimento de pequenas sondas fluorescentes para aplicações de bioimagem, especialmente quando combinadas com microscopia de alta resolução”, disse Sun. “Continuaremos desenvolvendo novas sondas fluorescentes com múltiplas funções.”

Outros pesquisadores da UC começaram a usar a sonda e a equipe está trabalhando para patentear e comercializar a tecnologia.

“Acho que este é um trabalho realmente clássico resultante da colaboração”, disse Diao. “Dr. Sun e nosso grupo trabalham juntos e, na verdade, tornamos todo o processo muito rápido e eficiente. Queremos acelerar toda essa descoberta.”

“A experiência complementar do Dr. Diao e dos meus próprios grupos realmente torna possível trabalhar nesses projetos colaborativos”, acrescentou Sun. “A interação sinérgica entre nossos grupos é a chave do sucesso.”

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