Caracterizado o papel da proteína de perfuração dos poros da membrana mitocondrial na apoptose

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Uma equipe de pesquisa internacional liderada por cientistas do ISIS Pulsed Neutron and Muon Source, Science and Technology Facilities Council (STFC), caracterizou pela primeira vez um mecanismo molecular único envolvido nos estágios iniciais da morte celular programada - apoptose - um processo que desempenha um papel crucial na prevenção do câncer.

Usando técnicas que incluem refletometria de nêutrons resolvida no tempo e espectroscopia infravermelha transformada de Fourier, os pesquisadores foram capazes de determinar como a proteína pró-apoptótica Bax interage com a membrana externa mitocondrial (MOM) na qual cria poros. As descobertas podem ter implicações para futuras pesquisas sobre o câncer e estratégias terapêuticas.

Gerhard Gröbner, PhD, cientista da Universidade de Umeå e co-autor principal do artigo publicado pela equipe na Science Advances, disse: "As descobertas únicas aqui não terão apenas um impacto significativo no campo da pesquisa de apoptose, mas também abrirão portas para explorar Bax e seus parentes como alvos interessantes na terapia do câncer, como por meio do ajuste de seu potencial de matar células." Gröbner, juntamente com o co-autor principal e o cientista da STFC Neutron e Muon Source, Luke Clifton, PhD, e parceiros da European Spallation Source na Suécia, relataram suas descobertas em um artigo intitulado "Criação de complexos Bax-lipídicos distintos nas superfícies da membrana mitocondrial impulsiona a formação de poros para iniciar a apoptose." Em seu artigo, eles escreveram: "Nossas descobertas fornecem uma compreensão molecular robusta da perfuração da membrana mitocondrial pela proteína Bax que mata células e ilumina as fases iniciais da morte celular programada". O estudo representa o mais recente de uma série de colaborações de pesquisa da equipe que investiga as proteínas celulares responsáveis ​​pela apoptose.

A apoptose é essencial para a vida humana, e sua interrupção pode fazer com que as células cancerígenas cresçam e não respondam ao tratamento do câncer. Em células saudáveis, a apoptose é regulada por duas proteínas, Bax e Bcl-2, que têm papéis opostos. "Os membros multidomínio mais proeminentes da família Bcl-2 são a proteína X associada a Bcl-2 apoptótica (Bax) e a própria proteína antiapoptótica Bcl-2", explicaram os pesquisadores.

A proteína solúvel Bax é responsável pela eliminação de células velhas ou doentes e, quando ativada, perfura a membrana mitocondrial externa da célula para formar poros que desencadeiam a morte celular programada. Isso pode ser compensado pelo Bcl-2, que está embutido na membrana mitocondrial, onde atua para prevenir a morte celular prematura, capturando e sequestrando as proteínas Bax. “Os membros pró e antiapoptóticos desta família se encontram no MOM e arbitram o destino da célula lá: membrana intacta e sobrevivência versus permeabilização e morte”, afirmaram ainda os autores. "A falha nesse processo de regulação pode causar vários distúrbios patológicos, desde defeitos embrionários até câncer. Em células cancerígenas, a proteína de sobrevivência Bcl-2 é superproduzida, levando à proliferação celular desinibida. Embora esse processo tenha sido considerado importante para o desenvolvimento do câncer, o papel preciso de Bax e da membrana mitocondrial na apoptose não era claro até agora. "Embora intensamente estudado, o mecanismo molecular pelo qual essas proteínas criam poros apoptóticos permanece indefinido", continuaram os pesquisadores.

Para o estudo, a equipe usou uma técnica conhecida como reflectometria de nêutrons (realizada com os instrumentos avançados ISIS Surf e Offspec) para estudar em tempo real a maneira como a proteína Bax interage com os lipídios presentes na membrana mitocondrial, durante os estágios iniciais da apoptose . Ao empregar a marcação de isótopos de deutério, eles determinaram pela primeira vez que, quando Bax cria poros, extrai lipídios da membrana mitocondrial para formar aglomerados de lipídios-Bax na superfície mitocondrial.

Ao usar a reflectometria de nêutrons resolvida no tempo em combinação com a espectroscopia infravermelha de superfície no biolab do ISIS, eles puderam ver que essa criação de poros ocorreu em dois estágios. A rápida adsorção inicial de Bax na superfície da membrana mitocondrial foi seguida por uma formação mais lenta de poros destruidores de membrana e aglomerados Bax-lipídicos, que ocorreram simultaneamente. Este processo de perfuração mais lento ocorreu em escalas de tempo de várias horas, comparável à morte celular in vivo.