{"id":52374,"date":"2023-10-24T09:16:00","date_gmt":"2023-10-24T12:16:00","guid":{"rendered":"https:\/\/lnbio.cnpem.br\/pesquisa-do-cnpem-elucida-primeira-estrutura-de-enzima-dentro-da-mitocondria\/"},"modified":"2025-02-21T14:58:55","modified_gmt":"2025-02-21T17:58:55","slug":"pesquisa-do-cnpem-elucida-primeira-estrutura-de-enzima-dentro-da-mitocondria","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/lnbio.cnpem.br\/en\/pesquisa-do-cnpem-elucida-primeira-estrutura-de-enzima-dentro-da-mitocondria\/","title":{"rendered":"Pesquisa do CNPEM elucida primeira estrutura de enzima dentro da mitoc\u00f4ndria"},"content":{"rendered":"

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T\u00e9cnica, ainda in\u00e9dita no Brasil, possibilitou a descoberta da organiza\u00e7\u00e3o molecular dentro da c\u00e9lula \u2013 o alvo foi a glutaminase, fundamental no ciclo de produ\u00e7\u00e3o de energia pela mitoc\u00f4ndria, na produ\u00e7\u00e3o de biomassa e relacionada a alguns tipos de c\u00e2ncer<\/p>\n<\/blockquote>\n

A descoberta de que a glutaminase forma uma estrutura quin\u00e1ria em filamentos (elonga\u00e7\u00f5es em formato de \u201cpalito\u201d) dentro das mitoc\u00f4ndrias, o que \u00e9 chamado in situ<\/em>, e n\u00e3o apenas quando a prote\u00edna \u00e9 isolada de seu meio para estudo (in vitro<\/em>) pode mudar o rumo de diversas pesquisas. Esta \u00e9 a primeira vez que uma enzima metab\u00f3lica tem sua estrutura revelada dentro do ambiente celular.<\/p>\n

Integrantes do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) foram respons\u00e1veis pelo artigo publicado na revista de alto impacto Nature Structural & Molecular Biology<\/a> em colabora\u00e7\u00e3o com pesquisadores do Instituto de F\u00edsica da USP de S\u00e3o Carlos, da Unicamp e do European Molecular Biology Laboratory<\/em> . O estudo utilizou, entre outras, a t\u00e9cnica de Cryo-ET (Cryo-electron tomography<\/em>) que est\u00e1 na fronteira do conhecimento cient\u00edfico atualmente, al\u00e9m de ter demonstrado algumas das fun\u00e7\u00f5es dos filamentos dessas prote\u00ednas, como tornar a mitoc\u00f4ndria mais comprida e mais resistente \u00e0 degrada\u00e7\u00e3o da reciclagem feita pela c\u00e9lula.<\/p>\n

A coordenadora do trabalho, Sandra Dias, e o autor do artigo, Douglas Adamoski, ambos pesquisadores do Laborat\u00f3rio Nacional de Bioci\u00eancias (LNBio) do CNPEM, explicam que a elucida\u00e7\u00e3o de estruturas moleculares in situ<\/em> (dentro do ambiente celular) vai facilitar a compreens\u00e3o de como as prote\u00ednas interagem entre si na c\u00e9lula e em quais momentos e situa\u00e7\u00f5es fisiol\u00f3gicas isso acontece.<\/p>\n

Al\u00e9m disso, o estudo colabora na compreens\u00e3o de mecanismos de doen\u00e7as e abre portas para que o desenvolvimento de f\u00e1rmacos ocorra de maneira mais precisa e contextualizada. \u201cA proposta deste tipo de t\u00e9cnica \u00e9 fechar a ponte entre a biologia estrutural e a biologia celular, mostrando a estrutura das mol\u00e9culas no seu local real de ocorr\u00eancia biol\u00f3gica\u201d, diz Adamoski.<\/p>\n

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C\u00e9lulas tumorais de c\u00e2ncer de pr\u00f3stata. Em vermelho, as mitoc\u00f4ndrias das c\u00e9lulas. Em verde, os feixes de filamentos da enzima glutaminase. Em ciano o citoplasma da c\u00e9lula, e em azul escuro o DNA nuclear. A colora\u00e7\u00e3o amarela se d\u00e1 pela sobreposi\u00e7\u00e3o de verde e vermelho, onde est\u00e3o os filamentos de glutaminase (Divulga\u00e7\u00e3o\/CNPEM)<\/p><\/div>\n

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A mitoc\u00f4ndria \u00e9 respons\u00e1vel pela produ\u00e7\u00e3o de energia usada em todas as fun\u00e7\u00f5es do corpo animal – cada movimento muscular, cada piscar de olhos, cada racioc\u00ednio transmitido pelo sistema nervoso- e, inclusive, para a manuten\u00e7\u00e3o da pr\u00f3pria c\u00e9lula. Para desencadear o ciclo de rea\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas da mitoc\u00f4ndria, diversas mol\u00e9culas s\u00e3o \u201cqueimadas\u201d; glicose e glutamina s\u00e3o os principais \u201ccombust\u00edveis\u201d, especialmente em c\u00e9lulas que se dividem constantemente.<\/p>\n

A glutaminase, h\u00e1 anos objeto de estudo no CNPEM, \u00e9 a enzima que quebra a glutamina, um amino\u00e1cido, em glutamato, outro amino\u00e1cido. Em achados anteriores, o grupo evidenciou como esse mecanismo est\u00e1 desregulado em diversos tipos de c\u00e9lulas tumorais. A nova pesquisa joga luz na dire\u00e7\u00e3o do que pode ser um novo ramo de investiga\u00e7\u00f5es sobre a fisiologia dessa organela fundamental e de poss\u00edveis impactos em doen\u00e7as neurol\u00f3gicas e cancerosas.<\/p>\n

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Esquema ilustrativo da fun\u00e7\u00e3o das mol\u00e9culas de glutamina e da glicose na produ\u00e7\u00e3o de energia da mitoc\u00f4ndria. A enzima glutaminase age tanto no ciclo energ\u00e9tico quanto na gera\u00e7\u00e3o de diversas outras mol\u00e9culas que ir\u00e3o compor os componentes b\u00e1sicos das c\u00e9ulas: proteinas, \u00e1cidos nucleicos e lip\u00eddeos. Em c\u00e9lulas cancerosas, o processamento da glicose \u00e9 desregulado e, para muitos casos, tamb\u00e9m o da glutamina<\/p><\/div>\n

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Segundo Dias, h\u00e1 outros grupos de pesquisadores que est\u00e3o agora tamb\u00e9m se movendo para resolver estruturas moleculares de prote\u00ednas dentro da pr\u00f3pria c\u00e9lula. \u201cAt\u00e9 ent\u00e3o, para poder definir estrutura de uma prote\u00edna, muito frequentemente, a gente tinha que pegar a sequ\u00eancia do gene, colocar em uma bact\u00e9ria, fazer essa prote\u00edna em grandes quantidades, e estudar ela isolada do seu sistema. A gente tem feito isso com glutaminase h\u00e1 muito tempo, e foi fazendo isso que observamos que ela formava essas estruturas estranhas, compridas, esses pol\u00edmeros, o que foi inusitado\u201d, conta a pesquisadora, que explica que o uso da tecnologia avan\u00e7ada foi imprescind\u00edvel para poder provar para a comunidade cient\u00edfica que os filamentos est\u00e3o tamb\u00e9m dentro da mitoc\u00f4ndria, dentro da c\u00e9lula, e que t\u00eam uma fun\u00e7\u00e3o para al\u00e9m da conhecida da enzima.<\/p>\n

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Filamentos j\u00e1 eram conhecidos<\/h3>\n

Uma curiosidade trazida por Dias e Adamoski \u00e9 a de que os filamentos de glutaminase j\u00e1 haviam sido observados em 1970, in vitro<\/em>, por Bj\u00f8rn Olsen e Trond Eskeland, atrav\u00e9s de microsc\u00f3pio eletr\u00f4nico a partir da prote\u00edna purificada de f\u00edgado de porco. Muito embora Olsen e Eskeland os tenham descrito, n\u00e3o faziam ideia de como eram estruturalmente organizados e quais mol\u00e9culas estavam envolvidas na sua forma\u00e7\u00e3o e, muito menos, sua import\u00e2ncia fisiol\u00f3gica.<\/p>\n

D\u00e9cadas depois, de forma completamente independente, Sandra Dias tamb\u00e9m observou os filamentos com um microsc\u00f3pio eletr\u00f4nico e, assim como Olsen & Eskeland, isolando a prote\u00edna in vitro<\/em>. Apenas agora, com o estudo publicado na Nature<\/em>, e com a tecnologia da Cryo-ET<\/em>, as fun\u00e7\u00f5es dessa estrutura come\u00e7aram a ser esclarecidas.<\/p>\n

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Para alcan\u00e7ar os resultados, diversas t\u00e9cnicas foram necess\u00e1rias. Os pesquisadores utilizaram a criomicroscopia eletr\u00f4nica (Cryo-EM<\/em>) para o estudo da prote\u00edna purificada in vitro<\/em>, utilizando um equipamento de \u00faltima gera\u00e7\u00e3o, o Titan Krios. \u201c\u00c9 importante ressaltar que o Krios \u00e9 um microsc\u00f3pio eletr\u00f4nico singular, e que o CNPEM disponibiliza para uso de toda comunidade acad\u00eamica\u201d, afirma Dias. O Laborat\u00f3rio Nacional de Nanotecnologia (LNNano), que opera a instala\u00e7\u00e3o, \u00e9 pioneiro na elucida\u00e7\u00e3o de estrutura de prote\u00ednas por Cryo-EM<\/em> na Am\u00e9rica Latina.<\/p>\n

Al\u00e9m disso, foi feita uma etapa na European Molecular Biology Laboratory<\/em>, na Alemanha, para procedimento adicional de defini\u00e7\u00e3o de estrutura, que \u00e9 absolutamente in\u00e9dito no pa\u00eds. Este procedimento permite a forma\u00e7\u00e3o de fatias celulares estreitas fundamentais para a resolu\u00e7\u00e3o de estruturas dentro das c\u00e9lulas. A t\u00e9cnica, conhecida como in situ Cryo-ET<\/em> est\u00e1 no \u00e1pice de seu crescimento na pesquisa acad\u00eamica mundial e apenas recentemente sendo adquirida por algumas institui\u00e7\u00f5es brasileiras. \u201cPossu\u00edmos j\u00e1 um amplo know-how para as an\u00e1lises. No momento, estamos implantando a t\u00e9cnica de Cryo-ET<\/em> para estudo de ultraestrutura celular e esperamos, em breve, poder contar tamb\u00e9m com a infraestrutura necess\u00e1ria para as an\u00e1lises in situ <\/em>por Cryo-ET<\/em>\u201d, afirma Rodrigo Portugal, coordenador do Laborat\u00f3rio de Criomicroscopia Eletr\u00f4nica do LNNano.<\/p>\n

O conjunto de estrat\u00e9gias permitiu aos pesquisadores determinar que a glutaminase est\u00e1 presente em formato de filamentos tamb\u00e9m em seu ambiente natural de a\u00e7\u00e3o, ou seja, de dentro da mitoc\u00f4ndria em uma cultura de c\u00e9lulas. A vantagem se d\u00e1 porque a din\u00e2mica de a\u00e7\u00e3o de subst\u00e2ncias em um tubo de ensaio \u00e9 diferente das condi\u00e7\u00f5es normais fisiol\u00f3gicas da c\u00e9lula. Essa diferen\u00e7a impacta a qualidade de dedu\u00e7\u00f5es e conclus\u00f5es cient\u00edficas, como tantos estudos na \u00e1rea da sa\u00fade, com \u00f3timos resultados laboratoriais, por\u00e9m com resultados cl\u00ednicos frustrados, j\u00e1 demonstraram. Quanto mais perto os experimentos est\u00e3o do funcionamento hol\u00edstico do organismo, melhor.<\/p>\n

A pesquisa tamb\u00e9m concluiu que os filamentos de glutaminase podem ser formados em diferentes tipos celulares, mas apenas em condi\u00e7\u00f5es espec\u00edficas, e que essa capacidade de forma\u00e7\u00e3o se mant\u00e9m no c\u00e2ncer, por exemplo. Perceberam que essas estruturas mudam a morfologia das mitoc\u00f4ndrias, tornando-as mais compridas, e algumas fun\u00e7\u00f5es, tornando-as capazes de sobreviver e resistir melhor \u00e0 \u201climpeza\u201d que a c\u00e9lula promove em suas mitoc\u00f4ndrias de tempos em tempos.<\/p>\n

O ganho de uma fun\u00e7\u00e3o da enzima na mitoc\u00f4ndria, por conta de uma organiza\u00e7\u00e3o estrutural de maior ordem, para al\u00e9m do papel enzim\u00e1tico, \u00e9 algo inesperado pela literatura cient\u00edfica. Adamoski chama a aten\u00e7\u00e3o para o fato de que h\u00e1 muito ainda a ser descoberto. \u201c\u00c9 fato agora que os filamentos mudam a morfologia da mitoc\u00f4ndria. Mas da\u00ed a saber se isso \u00e9 algo positivo ou prejudicial ao organismo, e em quais \u00f3rg\u00e3os est\u00e3o, s\u00e3o alguns dos objetivos futuros do grupo. Impressiona porque at\u00e9 hoje a gente n\u00e3o compreende na totalidade como a mitoc\u00f4ndria, t\u00e3o importante no funcionamento de todos os nossos \u00f3rg\u00e3os, funciona dentro da c\u00e9lula\u201d, reflete.<\/p>\n

O grupo de pesquisa sup\u00f5e ainda que uma s\u00e9rie de outras enzimas possam ter uma capacidade parecida, o que est\u00e1 sendo explorado em projeto tem\u00e1tico financiado pela FAPESP e pelo Minist\u00e9rio da Ci\u00eancia, Tecnologia e Inova\u00e7\u00e3o (MCTI), ao qual o CNPEM \u00e9 vinculado.<\/p>\n

Sobre o CNPEM<\/h2>\n

Ambiente sofisticado e efervescente de pesquisa e desenvolvimento, \u00fanico no Brasil e presente em poucos centros cient\u00edficos do mundo, o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) \u00e9 uma organiza\u00e7\u00e3o privada sem fins lucrativos, sob a supervis\u00e3o do Minist\u00e9rio da Ci\u00eancia, Tecnologia e Inova\u00e7\u00e3o (MCTI). O Centro opera quatro Laborat\u00f3rios Nacionais e \u00e9 o ber\u00e7o do projeto mais complexo da ci\u00eancia brasileira \u2013 Sirius \u2013 uma das fontes de luz s\u00edncrotron mais avan\u00e7adas do mundo. O CNPEM re\u00fane equipes multitem\u00e1ticas altamente especializadas, infraestruturas laboratoriais globalmente competitivas e abertas \u00e0 comunidade cient\u00edfica, linhas estrat\u00e9gicas de investiga\u00e7\u00e3o, projetos inovadores em parceria com o setor produtivo e forma\u00e7\u00e3o de investigadores e estudantes. O Centro \u00e9 um ambiente impulsionado pela pesquisa de solu\u00e7\u00f5es com impacto nas \u00e1reas de Sa\u00fade, Energia e Materiais Renov\u00e1veis, Agroambiental, Tecnologias Qu\u00e2nticas. A partir de 2022, com o apoio do Minist\u00e9rio da Educa\u00e7\u00e3o (MEC), o CNPEM expandiu suas atividades com a abertura da Ilum Escola de Ci\u00eancia. O curso superior interdisciplinar em Ci\u00eancia, Tecnologia e Inova\u00e7\u00e3o adota propostas inovadoras com o objetivo de oferecer forma\u00e7\u00e3o de excel\u00eancia, gratuita, em per\u00edodo integral e com imers\u00e3o no ambiente de pesquisa do CNPEM. Por meio da Plataforma CNPEM 360 \u00e9 poss\u00edvel explorar, de forma virtual e imersiva, os principais ambientes e atividades do Centro, visite: https:\/\/pages.cnpem.br\/cnpem360\/<\/a>.<\/p>\n

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