Estrutura de proteína 3-D oferece uma visão rápida da comunicação por células cerebrais

Como Será o Futuro? [PBS] 2012 Legendado (Julho 2019).

Anonim

Nova pesquisa em HHMI revela como três proteínas ajudam as células cerebrais a sincronizar a liberação de sinais químicos. Uma interação semelhante pode desempenhar um papel em como as células secretam insulina e muco das vias aéreas também.

Uma intrincada nova estrutura tridimensional de proteínas está fornecendo uma visão detalhada de como as células cerebrais se comunicam rapidamente.

Ao visualizar como três proteínas neurais interagem umas com as outras, os pesquisadores revelaram como elas ajudam grupos de células cerebrais a liberar mensagens químicas ao mesmo tempo.

O trabalho descreve uma surpreendente nova cooperação entre as três proteínas, e poderia oferecer uma visão sobre outros processos onde as células secretam moléculas, incluindo a insulina e o muco das vias aéreas. O investigador do Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) Axel Brunger e seus colegas relatam os resultados em 24 de agosto na revista Nature .

Quando um grupo de neurônios recebe um sinal elétrico, as células liberam substâncias químicas chamadas neurotransmissores quase instantaneamente - em menos de um milésimo de segundo. Neurônios seguram neurotransmissores em estruturas semelhantes a bolhas chamadas vesículas sinápticas. Essas estruturas ficam no final de longas e finas projeções que apontam para as células vizinhas. Para libertar os neurotransmissores de suas bolhas, os neurônios devem fundir as membranas das vesículas com a membrana externa das projeções. Isso abre as bolhas e despeja seu conteúdo no espaço entre as células. Os sinais químicos flutuam para as células vizinhas para transmitir uma mensagem.

Os cientistas sabiam que três proteínas estão envolvidas em cuspir sinais químicos dos neurônios. Um grupo de proteínas chamadas SNAREs fornece energia para a fusão de membranas. Outra proteína, chamada sinaptotagmina, libera neurotransmissores quando os íons de cálcio aparecem após um sinal elétrico. Uma terceira proteína, a complexina, impede que as células liberem espontaneamente os neurotransmissores. Synaptotagmin e complexin cada parceiro com proteínas SNARE, mas até agora, os cientistas não conseguiam explicar como esses três componentes trabalhavam juntos.

A equipe de Brunger, da Universidade de Stanford, sintetizou partes de cada componente, permitiu que eles se reunissem em um complexo e persuadiu o complexo a formar cristais. Depois determinaram a estrutura do complexo medindo como os cristais difratavam a luz do raio-x.

A estrutura cristalina revelou duas maneiras pelas quais as proteínas interagem. A primeira interação - entre a sinaptotagmina e as proteínas SNARE - é idêntica a um Brunger e colegas descritos em um artigo de 2015 na Nature . Uma segunda interação inesperada revelou uma relação entre os três componentes do complexo maior.

Nesta interação de três componentes, uma hélice encaracolada de complexo se aninha perto de uma hélice em uma proteína de sinaptotagmina, organizada de modo que as torções das hélices se alinhem como as roscas de um parafuso. Essas hélices também ficam sobre as hélices do complexo SNARE.

Em colaboração com o Investigador HHMI Thomas Südhof, os pesquisadores projetaram neurônios de camundongos para produzir proteínas sinaptotagmina mutadas, o que enfraqueceu a atração entre as três proteínas. Células com proteínas mutadas, ou aquelas que não tinham complexina, perderam a capacidade de sincronizar a liberação do neurotransmissor.

Com base em suas observações, os pesquisadores propõem que a interação de três partes bloqueia as proteínas SNARE, de modo que eles não podem realizar a fusão de membrana necessária para a liberação do neurotransmissor até o momento certo. Complexin fixa as três proteínas juntas e a sinaptotagmina pode desbloquear as proteínas SNARE quando ativada por íons de cálcio.

"Essa interação tripartida explica intuitivamente o papel dos três componentes", diz Brunger. "Agora podemos explicar a cooperação entre complexin, synaptotagmin e o complexo SNARE."

Existem mais de 60 proteínas SNARE diferentes em células de mamíferos que, juntamente com várias formas de sinaptotagmina, estão envolvidas na liberação de hormônios e outros processos celulares. Uma interação similar de três partes envolvendo proteínas SNARE pode ser usada para outros processos de liberação celular dependentes de cálcio também, diz Brunger.