Tag: biologia molecular

Decodificando Os Mecanismos Por Trás Da Montagem De Proteínas BAR Que Ditam A Curvatura Celular

Pelo Instituto Nara de Ciência e Tecnologia | Phys.Org

26.Abril.2023

As membranas celulares desempenham um papel crítico, servindo como unidades de contenção e separando o espaço celular interno do ambiente extracelular. Proteínas com unidades funcionais distintas desempenham um papel fundamental na facilitação das interações proteína-membrana.

Por exemplo, as proteínas do domínio Bin-Anfifisina-Rvs (BAR) estão envolvidas na regulação da curvatura da membrana celular. Essa dobra física das membranas celulares ajuda as células a realizar vários processos biologicamente importantes, como endocitose e motilidade celular.

Embora as proteínas BAR conduzam a curvatura da membrana reunindo-se em unidades oligoméricas altamente ordenadas, o mecanismo subjacente que regula esse fenômeno permanece amplamente desconhecido.

Agora, um estudo realizado por pesquisadores do Japão revelou o mecanismo que impulsiona a montagem oligomérica de uma proteína contendo o domínio BAR nas superfícies da .

O estudo, publicado na revista Science Advances, foi liderado por Shiro Suetsugu, Wan Nurul Izzati Wan Mohamad Noor e Nhung Thi Hong Nguyen, do Instituto de Ciência e Tecnologia de Nara (NAIST).

Suetsugu diz: “O número relativamente pequeno de domínios BAR oligoméricos em túbulos de membrana estreita dificulta a análise de sua montagem. Portanto, usamos o monitoramento de transferência de energia de ressonância de fluorescência para analisar a montagem oligomérica da proteína GAS7 contendo F-BAR, porque a GAS7 oligomérica monta em maior do que as outras.“

Para elucidar o mecanismo envolvido na montagem de GAS7 em superfícies de membrana, os pesquisadores empregaram uma técnica chamada (FRET). Neste método, os pesquisadores rotularam as unidades GAS7b com marcadores de proteínas fluorescentes para monitorar a magnitude e o tempo da montagem do GAS7.

A observação da emissão de fluorescência indicou que a montagem do GAS7 nas superfícies da membrana lipídica é um processo rápido e iniciado em segundos. Este processo foi reforçado pela presença de várias proteínas, incluindo a proteína da SÍNDROME de Wiskott-Aldrich (WASP)/N-WASP, WISH, Nck, a pequena GTPase Cdc42 ativada e um receptor fagocítico ancorado na membrana.

A montagem de GAS7 na membrana também foi examinada ao microscópio, usando vesículas de membrana gigantes. A proteína deve se ligar à membrana uniformemente se não oligomerizar, mas GAS7 claramente acumulada na parte da membrana, demonstra a montagem oligomérica pela presença dessas proteínas.

A equipe examinou ainda mais o papel da WASP na montagem do GAS7. WASP SOFRE MUTAÇÕES em pacientes com SÍNDROME de Wiskott-Aldrich, que está associada a vários DISTÚRBIOS IMUNOLÓGICOS. A este respeito, os pesquisadores viram que a montagem GAS7 regulada FOI ABOLIDA pelas MUTAÇÕES WASP tanto in vitro quanto durante a fagocitose (o engolfamento mediado por membrana celular de partículas grandes).

Este último, segundo os pesquisadores, foi surpreendente, porque a GAS7 é conhecida por estar envolvido na fagocitose. Portanto, as análises forneceram uma explicação para a fagocitose DEFEITUOSA observada em macrófagos de pacientes com SÍNDROME de Wiskott-Aldrich.

Em conclusão, WASP, Cdc42 e outras proteínas que comumente se ligam às proteínas da superfamília do domínio BAR promovem a montagem de GAS7 nas membranas lipídicas. Além disso, a montagem do domínio BAR nas superfícies da membrana serve como um “andaime” ou plataforma para a ligação de outras proteínas, o que facilita ainda mais a sinalização de proteínas abaixo da superfície.

Resumindo os resultados, Suetsugu conclui: “Como a proteína WASP comumente se liga à superfamília de proteínas BAR, é provável que o mecanismo de montagem observado aqui também funcione para outras proteínas BAR. Acreditamos que nosso estudo fornece informações inovadoras para estudos sobre a formação da forma celular e estudos condensados de “.

[Ênfase adicionada]

Mais informações: Wan Nurul Izzati Wan Mohamad Noor et al, Small GTPase Cdc42, WASP, and scaffold proteins for higher order assembly of the F-BAR domain protein, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf5143. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf5143

Estudo Mostra Que Os Genes São Lidos Mais Rápido E De Forma Mais Descuidada Na Velhice

Pela Universidade de Colônia | Phys.Org

12.04.2023

Efeitos moleculares e de vida útil da redução da velocidade de alongamento de Pol II em C. elegans e D. melanogaster. a, Diferenças das velocidades médias de alongamento Pol II entre mutantes Pol II e vermes de tipo selvagem (WT) (esquerda; 509 íntrons) e moscas (direita; 1.354 íntrons). As barras de erro mostram variação mediana ± 95% CI. Todas as mudanças médias das velocidades de alongamento Pol II são significativamente diferentes de zero (P < 0,001; teste de Wilcoxon pareado bilateral). Os círculos vazios indicam os resultados usando todos os íntrons que passam pelos critérios de filtro iniciais, enquanto os círculos sólidos mostram os resultados dos íntrons com efeitos consistentes nas replicações. A linha tracejada em 0 indica nenhuma alteração como auxílio visual. b, Curvas de sobrevivência de vermes com a mutação ama-1(m322) (esquerda; réplica 1) e moscas com o RpII215 C4mutação (à direita; curva de sobrevida média). n = 4 réplicas para vermes e 3 réplicas para moscas. Animais com Pol II lento têm uma expectativa de vida significativamente aumentada (+20% e +10% de aumento médio da expectativa de vida para C. elegans (n = 120; P < 0,001, teste de log-rank) e D. melanogaster (n = 220; P < 0,001, teste log-rank), respectivamente). Crédito: Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05922-y

Rápido, mas desleixado, é assim que a transcrição dos genes muda com a idade. Seis grupos de pesquisa do Cluster de Excelência em Respostas ao Estresse Celular em Doenças Associadas à Idade (CECAD) da Universidade de Colônia, do Instituto Max Planck de Biologia do Envelhecimento (MPI) de Colônia e da Universidade de Göttingen descobriram um novo mecanismo molecular que contribui para envelhecimento estudando o processo de transcrição em cinco organismos modelo diferentes e em uma ampla variedade de tecidos.

O envelhecimento PREJUDICA uma ampla gama de processos celulares, muitos dos quais afetam a qualidade e a concentração de proteínas.

Entre esses processos, a LEITURA de genes conhecida como transcrição é PARTICULARMENTE IMPORTANTE, por ser um dos principais reguladores dos níveis de proteína.

Embora os especialistas soubessem que a expressão gênica, ou seja, a conversão da INFORMAÇÃO genética em proteínas, muda com a idade, e também que o CONTROLE da pode ser PREJUDICADO, não ficou claro se a precisão do próprio processo de transcrição muda com a idade e se tal mudança teria consequências relevantes para os organismos.

É exatamente isso que os pesquisadores puderam demonstrar agora, o que deixa Andreas Beyer, líder do grupo de trabalho do CECAD e professor do Instituto de Genética da Faculdade de Matemática e Ciências Naturais da Universidade de Colônia, extremamente feliz: “Este foi um grande projeto colaborativo de vários anos envolvendo várias equipes do cluster CECAD e outras instituições científicas. Dados de cinco espécies tiveram que ser gerados e analisados.

Somente combinando nossa experiência foi possível estudar tantas espécies e tipos de dados.”

De fato, os 26 cientistas investigaram mudanças genéticas relacionadas à idade nos processos de transcrição em nematóides, , camundongos, ratos e humanos, incluindo diversos tecidos.

E eles descobriram que a na qual o transcrito cresce por meio da ligação dos blocos de construção do RNA, os nucleotídeos, aumentava com a idade em todas as cinco espécies.

Juntamente com a maior velocidade dessa velocidade de alongamento (velocidade Pol II), os pesquisadores também observaram mudanças no chamado splicing, mais uma etapa do TRABALHO dentro do processo de transcrição do gene para a proteína acabada, na qual o produto da transcrição é uma vez novamente encurtado e cortado no tamanho.

No entanto, a PRECISÃO de todo o também poderia ser controlada e revertida, por exemplo, por restrição alimentar ou intervenção na sinalização de insulina – ambas medidas que contribuem para o prolongamento da expectativa de vida, como se sabe há muitos anos. Da mesma forma, a vida útil das moscas e o potencial de divisão das células humanas aumentaram quando os pesquisadores usaram intervenções para reduzir a velocidade de LEITURA.

O professor Beyer diz que “nossos resultados revelam mecanismos moleculares fundamentais subjacentes ao envelhecimento animal e intervenções para prolongar a expectativa de vida, fornecendo pistas sobre como podemos contribuir para o envelhecimento saudável no futuro.

O fato de que intervenções, como uma ingestão calórica reduzida, também tenham um efeito positivo em um processo de envelhecimento saudável no nível molecular por meio da melhoria da qualidade da transcrição gênica é algo que agora pudemos provar claramente com nosso estudo“.

O artigo foi publicado na revista Nature.

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Mais informações: Cédric Debès et al, Ageing-associated changes in transcriptional elongation influence longevity, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05922-y

Pesquisadores descobrem que bloco de construção celular age como um gel, não líquido como se acreditava anteriormente

Pela Faculdade de Medicina e Odontologia da Universidade de Alberta | PhysOrg

DNA
Crédito CC0: domínio público

Pesquisadores da Universidade de Alberta encontraram uma resposta para uma questão fundamental na biologia genômica que tem escapado aos cientistas desde a descoberta do DNA: dentro do núcleo de nossas células, o complexo pacote de DNA e proteínas chamado cromatina é um sólido ou um líquido?

Em um estudo publicado na revista Cell, a equipe de pesquisa, liderada pelo professor do Departamento de Oncologia Michael Hendzel e pelo colaborador Jeffrey Hansen da Colorado State University, descobriu que a cromatina não é nem sólida nem líquida, mas algo mais parecido com um gel.

Anteriormente, campos como a bioquímica operavam sob o pressuposto de que a cromatina e outros elementos do núcleo operavam em estado líquido, disse Hendzel. Esta nova compreensão das propriedades físicas da cromatina desafia essa ideia e pode levar a uma compreensão mais precisa de como o genoma é codificado e decodificado.

“Todos nós sabemos a diferença entre água e gelo, e todos nós entendemos que se você quiser amarrar duas coisas, por exemplo, você não pode fazer isso com um líquido. Você precisa de uma corda, algo que tenha resistência mecânica”, afirmou disse Hendzel, que também é membro do Instituto de Pesquisa do Câncer do Norte de Alberta (CRINA). “É disso que estamos falando aqui. No momento, todo o nosso conhecimento sobre a regulação do gene é amplamente baseado na suposição de proteínas que se movem livremente que encontram DNA e cuja acessibilidade é regulada apenas pelo bloqueio desse movimento. Portanto, esta pesquisa poderia potencialmente levar a tipos muito diferentes de maneiras de compreender a expressão do gene.“

“Outra maneira de olhar para isso é que ossos, músculos e tecido conjuntivo têm propriedades físicas muito diferentes e, se essas propriedades físicas se quebram de alguma forma, isso quase sempre está associado a doenças“, disse Alan Underhill, professor associado do Departamento de Oncologia, Membro CRINA e colaborador do estudo. “No caso da cromatina, trata-se de reduzir esse princípio ao nível do núcleo da célula, porque está tudo conectado.”

“O que estamos vendo aqui faz uma ponte entre a bioquímica do conteúdo celular e a física subjacente, permitindo-nos chegar aos princípios organizacionais – não apenas para as células, mas para todo o corpo“, acrescentou.

Todos os nossos cromossomos são feitos de cromatina, que é metade histona (ou proteínas estruturais) e metade DNA, organizados em longas cordas com estruturas semelhantes a elos de um colar de pérolas (nucleossomos). Dentro do núcleo de uma célula, a fibra da cromatina interage consigo mesma para se condensar em um cromossomo. A fibra de cromatina também suporta a expressão gênica e a replicação do DNA cromossômico. Embora haja alguma compreensão das estruturas que compõem um núcleo, como essas estruturas são organizadas e toda a extensão de como as estruturas interagem entre si não é bem conhecido.

As descobertas da equipe fazem uma ponte sobre pesquisas feitas nos últimos 50 anos em géis de cromatina produzidos em laboratório para demonstrar sua existência em células vivas, o que tem implicações importantes para interpretar suas propriedades elásticas e mecânicas, explicou Hendzel.

Por exemplo, estudos recentes mostraram que a deformabilidade da cromatina em células cancerosas é um determinante importante de sua capacidade de se espremer por pequenos espaços para viajar para fora de um tumor e metastatizar em outras partes do corpo – algo que é muito mais fácil de explicar se a cromatina for como gel em vez de um líquido. As células cancerosas fazem isso alterando quimicamente a parte histona da cromatina para torná-la menos pegajosa, disse Hendzel.

Com base na nova pesquisa, isso agora pode ser explicado como um processo que reduz a resistência do gel, tornando-o mais deformável e permitindo que as células cancerosas se espalhem pelo corpo. Definir como esse estado de gel é regulado pode levar a novas abordagens para prevenir metástases, encontrando drogas que mantêm o gel de cromatina em um estado mais rígido.

Uma melhor compreensão da cromatina também pode afetar o diagnóstico de câncer, disse Underhill.

“A textura e aparência da cromatina é algo que os patologistas têm usado para fazer avaliações clínicas em amostras de tumor de pacientes“, disse ele. “É realmente observar como a cromatina está organizada dentro do núcleo que lhes permite fazer uma compreensão desse diagnóstico clínico. Portanto, agora é um processo que podemos reformular em um novo contexto do estado material da cromatina.“

Hendzel disse estar confiante de que a descoberta do estado gelatinoso da cromatina fornecerá um princípio orientador para pesquisas futuras que buscam entender como as propriedades materiais da cromatina moldam a função do núcleo para garantir a saúde das células e dos organismos que elas constituem.

“Uma das coisas mais significativas para mim é que esta pesquisa destaca o quão limitado é o nosso conhecimento nesta área”, disse ele. “Atualmente, estamos focados em testar a crença amplamente difundida de que o tamanho físico das moléculas determina sua capacidade de acessar o DNA. Nossos experimentos em andamento sugerem que isso também pode estar incorreto, e estamos bastante entusiasmados em aprender novos mecanismos que controlam o acesso a DNA baseado nas propriedades do gel de cromatina e nos microambientes líquidos que se agrupam ao seu redor.“

“Acho que isso nos força a voltar e olhar o que está nos livros didáticos e reinterpretar muitas dessas informações no contexto de se ‘isto é um líquido’ ou ‘isto é um gel’ em termos de como o processo realmente ocorre,” acrescentou Underhill. “Isso terá um grande impacto sobre como realmente pensamos sobre as coisas que estão avançando e como projetamos experimentos e os interpretamos.“

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Mais informações: Hilmar Strickfaden et al, Condensed Chromatin Behaves like a Solid in the Mesoscale In Vitro and in Living Cells, Cell (2020). DOI: 10.1016 / j.cell.2020.11.027

InformaçãDiário: Célula

Pesquisadores Descobrem A Chave Para Perfurar Armadura De Bactérias Nocivas

Por Caitlin Sedwick, Universidade de Princeton | Phys Org

Em bactérias Gram-negativas, LPS e fosfolipídios são fabricados na membrana bacteriana interna e devem ser entregues através da parede celular para a membrana externa. A fabricação e o fornecimento de LPS para a membrana bacteriana externa são cuidadosamente balanceados em relação aos níveis de fosfolipídios porque os desequilíbrios podem ser letais para a célula. Crédito: Princeton University

As bactérias são organismos unicelulares essenciais à saúde humana, tanto em nosso meio ambiente quanto dentro de nossos próprios corpos. No entanto, certas espécies bacterianas podem nos deixar doentes.

Quando médicos suspeitam de uma doença de origem bacteriana, eles realizam testes de diagnóstico para identificar quais espécies de bactérias estão causando a doença, para que um curso de tratamento possa ser planejado. Um desses testes é chamado de coloração de Gram, em homenagem a Hans Christian Gram, que desenvolveu a técnica na década de 1880.

Gram descobriu que certas espécies bacterianas, as chamadas bactérias “Gram-negativas”, eliminava um corante roxo que ele estava usando para ajudar a visualizar os micróbios em seu microscópio. Os cientistas finalmente descobriram que as bactérias Gram-negativas resistem à absorção de corante porque estão envolvidas no que é, essencialmente, uma armadura microbiana: sua membrana celular vulnerável é protegida por uma camada de açúcares fortemente empacotados chamada parede celular, e além disso, uma membrana externa especializada.


“Entender como as bactérias constroem essa barreira é um passo importante nas estratégias de engenharia para contorná-la“, disse Thomas Silhavy, professor de Biologia Molecular da Warner-Lambert Parke-Davis e autor sênior de dois novos artigos que investigam a membrana externa, um no periódico Proceedings of National Academy of Sciences e outro no periódico Trends in Microbiology.


Um dos principais componentes da membrana externa é uma molécula única chamada lipopolissacarídeo (LPS), que cobre a superfície da célula. “O LPS ajuda a aumentar a resistência mecânica do envelope de células Gram-negativas e também forma um revestimento de superfície que impede que moléculas tóxicas, incluindo certos antibióticos, entrem na célula“, disse Randi Guest, pesquisador associado de pós-doutorado no laboratório Silhavy, palestrante em biologia molecular e principal autor do artigo Trends.


O LPS é uma toxina notoriamente potente que pode causar doenças graves quando é liberado da membrana bacteriana externa ou secretado pela célula.


“A quantidade de LPS produzida pela célula é cuidadosamente controlada, pois muito pouco LPS pode levar à ruptura da célula, enquanto muito LPS, especialmente se não for devidamente montado, é tóxico“, disse Guest. “Nós revisamos estudos de três proteínas essenciais da membrana que monitoram não apenas a biossíntese de LPS dentro da célula, mas também o transporte e montagem adequada na superfície da célula.”


Como Guest e seus colegas discutem em seu artigo, a construção da membrana bacteriana externa representa um problema complexo para as bactérias porque o LPS potencialmente perigoso, feito dentro da célula, deve ser transportado através da parede celular para alcançar a membrana externa. Além disso, esses processos devem ser contrabalançados com a fabricação e o transporte dos outros componentes da membrana, que nas bactérias Gram-negativas é composta principalmente por uma classe de moléculas denominadas fosfolipídios.


“Um antigo mistério no campo é como os fosfolipídios são transportados para a membrana externa“, disse Silhavy. Uma ideia é que os fosfolipídios podem fluir passivamente para frente e para trás entre a membrana celular interna da bactéria e sua membrana externa nas zonas de contato, mas essa ideia é altamente controversa.

Uma nova pesquisa do grupo de Silhavy fornece suporte para a ideia de que existe um modo de transporte passivo.


Jackie Grimm, então um estudante graduado no laboratório de Silhavy, junto com Handuo Shi, um estudante graduado no laboratório de KC Huang em Stanford, liderou um esforço para identificar proteínas envolvidas no tráfego de fosfolipídios entre as membranas interna e externa. Para seus estudos, os colegas usaram bactérias com uma mutação que aumenta a taxa de fluxo de fosfolipídios da membrana interna para a externa. Quando são privadas de nutrientes, essas bactérias sofrem encolhimento e ruptura da membrana interna, seguido de morte celular, porque são incapazes de fazer novos fosfolipídios para a membrana interna para repor os perdidos na membrana externa. Os autores introduziram mutações adicionais nessas bactérias e, em seguida, procuraram genes que, quando mutados, afetam a rapidez com que as bactérias morrem após a retirada de nutrientes.


“Usamos o sequenciamento de última geração para rastrear genes envolvidos neste processo e descobrimos que a interrupção do gene yhdP retardou o transporte de fosfolipídios“, disse Silhavy.

Embora seus dados indiquem que a proteína codificada por yhdP está envolvida no transporte de fosfolipídios entre a membrana celular interna e a membrana externa, Grimm, Shi e seus colegas observaram que ainda não está claro como a proteína YhdP funciona para afetar esse processo. Uma pista potencial pode ser encontrada em sua similaridade prevista com outras proteínas cuja função já é conhecida. Uma delas é uma proteína de mamífero que forma um canal que transporta fosfolipídios através das membranas.


“Isso sugere que o YhdP pode formar um canal hidrofóbico entre a membrana interna e externa através da qual fluem os fosfolipídios“, observou Silhavy.


“Silhavy e colegas fornecem os dados mais sólidos até o momento para identificar como os fosfolipídios são transportados entre as membranas nas bactérias, uma questão indescritível por décadas em nosso campo“, disse M. Stephen Trent, Distinto Professor de Doenças Infecciosas da Universidade da Geórgia, que foi não envolvido no trabalho.

“Eles apresentam um forte argumento com a genética e a biofísica de que uma proteína de função desconhecida, YhdP, afeta um processo de transporte rápido de fosfolipídios entre as membranas. Será realmente interessante estudar o papel do YhdP no transporte de fosfolipídios no futuro.”

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Mais informações: Jacqueline Grimm et al, The inner membrane protein YhdP modulates the rate of anterograde phospholipid flow in Escherichia coli, Proceedings of the National Academy of Sciences (2020). DOI: 10.1073/pnas.2015556117
Diário informativo: Proceedings of the National Academy of Sciences

Como Os Processos Celulares Reúnem E Descartam Proteínas Danificadas

Por Eric Strieter, Universidade de Massachusetts Amherst | Phys Org

Em um novo artigo com resultados que o autor sênior Eric Strieter, da Universidade de Massachusetts Amherst, chama de “incrivelmente surpreendente“, ele e seu grupo de laboratório de química relataram que descobriram como uma enzima conhecida como UCH37 regula o sistema de gerenciamento de resíduos de uma célula.

Strieter diz: “Levamos oito anos para descobrir isso e estou muito orgulhoso desse trabalho. Tivemos que desenvolver muitos métodos e ferramentas novos para entender o que essa enzima está fazendo.”

Como ele explica, uma protease muito grande chamada proteassoma é responsável por degradar a grande maioria das proteínas em uma célula; pode ser feita de até 40 proteínas. Já se sabe há mais de 20 anos que a UCH37 é uma das enzimas regulatórias que se associam ao proteassoma, acrescenta, “mas ninguém entendia o que estava fazendo“.

Acontece que o ponto crucial de todo o processo, acrescenta, é o quão complicadas podem ser as modificações em uma pequena chamada ubiquitina. “Além de modificar outras proteínas, a ubiquitina se modifica, resultando em uma ampla gama de cadeias. Algumas dessas cadeias podem ter ramificações extensas. Descobrimos que o UCH37 remove pontos de ramificação das cadeias, permitindo que a degradação prossiga.”

Escrevendo esta semana na Molecular Cell, ele e o primeiro autor e Ph.D. O candidato Kirandeep Deol, que liderou e conduziu os experimentos, com os co-autores Sean Crowe, Jiale Du, Heather Bisbee e Robert Guenette, discutem como eles responderam à pergunta. O trabalho foi apoiado pelo Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais do NIH.

Esse avanço pode levar a um novo tratamento contra o câncer, diz Strieter, porque precisam do proteassoma para crescer e proliferar. “Muitas células cancerosas são essencialmente dependentes da função do proteassoma“, ressalta. “Suas células produzem proteínas em uma taxa tão rápida que erros são cometidos e, se eles não forem eliminados, as células não podem funcionar. Como o UCH37 ajuda a eliminar as proteínas, pode ser um alvo terapêutico útil para adicionar aos inibidores de proteassoma que já tiveram sucesso na clínica.”

Para começar seu processo de anos, Strieter diz, “tivemos que encontrar uma maneira de gerar uma grande variedade de cadeias de ubiquitina que representassem a diversidade potencial em uma célula. Usar essa nova biblioteca de cadeias de ubiquitina nos permitiu interrogar a atividade da UCH37 em um ambiente controlado. Essa série de experimentos nos deu a primeira pista de que essa enzima estava fazendo algo único.”

Outro novo método desenvolvido por eles usa para caracterizar a arquitetura das cadeias de ubiquitina em misturas complexas. “Isso nos permitiu ver que a atividade que descobrimos com nossa biblioteca de substratos também estava presente em uma mistura mais heterogênea“, diz Strieter. Finalmente, os químicos usaram a ferramenta de edição do gene CRISPR para remover o UCH37 das células para medir o impacto do UCH37 na degradação mediada por proteassoma in vitro e nas .

Essa técnica trouxe mais uma surpresa. “Em vez de agir como esperado e se opor ao processo de degradação, descobriu-se que o UCH37 estava removendo pontos de ramificação das cadeias de para ajudar a degradar as proteínas“, disse Strieter. “Você poderia pensar que removendo o sinal de degradação essa degradação seria prejudicada“, acrescenta ele, “mas não funcionou dessa maneira.”

Em experiências futuras, Strieter e colegas esperam explorar ainda mais o processo de e aprender mais detalhadamente como o UCH37 consegue regular a função celular.

[Ênfase adicionada]

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Mais informações: Kirandeep K. Deol et al, Proteasome-Bound UCH37 / UCHL5 Debranches Ubiquitin Chains to Promover Degradation, Molecular Cell (2020). DOI: 10.1016 / j.molcel.2020.10.017

Informação do diário: Molecular Cell

Uma Nova Pesquisa Descobriu Que As Máquinas Moleculares São Ainda Mais Surpreendentes Do Que Behe Percebeu

Evolution News | @DiscoveryCSC |EnV

29 de setembro de 2020

As imagens das máquinas moleculares que Michael Behe trouxe à atenção do público 21 anos atrás eram turvas e confusas na época, mas foram convincentes o suficiente para fazer um caso forte para a complexidade irredutível. Agora, novas técnicas de imagem, como a microscopia crioeletrônica, permitem que os cientistas vejam partes individuais das máquinas em resolução quase atômica.

ATP Sintase

Em 1997, John E. Walker compartilhou o Prêmio Nobel de Química com Paul Boyer e Jens Skou por descobrir que o ATP era sintetizado em células por um motor rotativo. Ele tinha 56 anos na época; agora, aos 79 anos, ele ainda está engajado na pesquisa sobre o mecanismo da ATP sintase (veja nossa animação ). Co-autoria de um artigo no PNAS, 1 Walker e dois outros usaram microscopia crioeletrônica para examinar o motor em resolução mais alta do que era possível 23 anos atrás. O resumo de seu artigo apresenta notícias sobre esta maravilha rotativa:

A estrutura da ATP sintase dimérica da mitocôndria bovina determinada em três estados rotacionais por crio-microscopia eletrônica fornece evidências de que a captação de prótons da matriz mitocondrial através do meio canal de entrada de prótons prossegue através de um mecanismo de Grotthus, e um mecanismo semelhante pode operar no sair do meio canal. A estrutura forneceu informações sobre a arquitetura e constituição mecânica e propriedades do caule periférico, parte da região extrínseca da membrana do estator, e como a ação do caule periférico amortece os movimentos de balanço lado a lado que ocorrem na enzima complexo durante o ciclo catalítico. [Enfase adicionada.]

Um “mecanismo Grotthus” é uma série de transferência, algo como uma brigada de baldes. Os prótons que alimentam o rotor não fluem apenas por si próprios; eles são passados para a entrada por uma brigada de balde de moléculas de água, que pega cada próton e o passa para a próxima molécula de água.

Vários outros fatos interessantes vieram à tona no jornal. Como se costuma dizer, há um “movimento de balanço de um lado para o outro” na máquina. Este motor realmente zumbe! Como a porção F 1 produz moléculas de ATP rapidamente em um processo de três estágios, algum balanço é inevitável. A haste periférica ajuda a amortecer esses movimentos. Isso ajuda a “aumentar a eficiência da enzima” ao manter a subunidade a no lugar – que é a subunidade conectada ao carrossel F o rotativo no “domínio da membrana” onde F o está ancorado. Um bom projetista não gostaria que o rotor fosse abalado por vibrações.

A haste periférica cuida disso –

Algum grau de movimento do domínio catalítico deve ser permitido para permitir a conversão eficiente do torque rotacional da haste central em mudanças conformacionais nas subunidades catalíticas, mas sem desperdiçar energia por deslocamento desnecessário da porção extrínseca da enzima. A flexibilidade da haste periférica mede efetivamente esse equilíbrio, impedindo a rotação livre do domínio catalítico, acomodando os movimentos de balanço induzidos pela haste central assimétrica e amortecendo o deslocamento do domínio da membrana ajudando a manter a subunidade a no lugar.

Sistemas Sintase

Desde 1997, os pesquisadores também descobriram que as máquinas de ATP sintase vêm em pares (dímeros). Os dímeros, além disso, são montados em fileiras nas dobras das cristas (as membranas dentro das mitocôndrias). O ângulo preciso entre os dois motores dimerizados e o espaçamento entre eles maximiza a entrada de prótons. O novo artigo diz que o ângulo entre os dímeros flexiona um pouco, amortecendo ainda mais as vibrações, graças a moléculas específicas no pivô da cunha que permitem alguma flexão, mas não muito:

Nossa estrutura de dímeros bovinos tem uma cunha feita de pequenas proteínas e lipídios específicos no domínio da membrana de cada monômero que impõe uma gama de ângulos agudos nos eixos centrais dos monômeros, e um pivô entre as cunhas acomoda os movimentos de balanço da máquina que acompanha catálise e outros movimentos que acontecem independentemente. Também esclarece como o rotor de membrana é feito para girar.

Cientistas do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria também têm trabalhado na ATP sintase. Eles se gabam de ter resolvido a estrutura da “menor turbina do mundo“, que Leonid Sazanov chama de “uma das enzimas mais importantes da Terra“. O trabalho de sua equipe concentra-se na porção rotativa da enzima (F o ), que está oculta dentro da bicamada lipídica.

Para resolver a estrutura do domínio Fo e de todo o complexo, os pesquisadores estudaram a enzima da mitocôndria de ovelhas usando microscopia crioeletrônica. E aqui, a ATP sintase apresenta um problema especial: por girar, a ATP sintase pode parar em três posições principais, bem como em subestados. “É muito difícil distinguir entre essas posições, atribuindo uma estrutura para cada posição que a ATP sintase pode assumir. Mas conseguimos resolver isso computacionalmente para construir a primeira estrutura completa da enzima”, acrescenta Sazanov.

Eles também descobriram um plugue especial que pode parar a máquina quando a célula está morrendo. Chamado de “poro de transição de permeabilidade”, este plugue só pode ser aberto por um “aparelho de gancho” que é conectado à porção catalítica em F 1 e ao fundo da membrana. Os sinais de cálcio acionam uma grande mudança conformacional, que puxa o gancho e abre o plugue. Os prótons vazam, desestabilizando o rotor e parando a máquina. Parece um interruptor de parada de emergência.

Flagelo Bacteriano

Mais foi descoberto também sobre um recurso de identificação familiar, o flagelo bacteriano. Cientistas europeus liderados por Vitan Blagotinsek, também publicando em PNAS , 2 descobriram que “Um parceiro dependente de ATP liga a montagem do anel C flagelar com a expressão do gene”. Isso se refere ao controle de quantos flagelos as células constroem na superfície. Algumas bactérias têm um; outros têm dois ou mais. Como a célula regula o número de flagelos foi “mal compreendido” até agora.

No filme Desvendando o Mistério da Vida, Scott Minnic se referiu aos mecanismos de feedback que controlam quantas peças são enviadas para o canteiro de obras. A equipe europeia elucidou um desses comentários. O segredo para controlar quantos flagelos são construídos, eles descobriram, ocorre quando uma peça alimentada por ATP chamada FlhG vira uma chave molecular entre dois outros componentes:

Dependendo do seu estado de oligomerização dependente de ATP, FlhG interage com a proteína do anel C FliM durante a montagem flagelar ou com o regulador mestre flagelar FlrA. Essa troca de parceiro entre FliM e FlrA estabelece uma rede regulatória crítica para a regulação numérica dos flagelos, na qual a montagem física do flagelo realimenta transcricionalmente para evitar a produção de mais blocos de construção.

Novas informações também foram obtidas sobre a tampa em forma de pentágono que controla a adição ordenada de monômeros à hélice em crescimento (veja a animação “Evolução Darwiniana vs Motor de Flagelos Bacterianos e Mecanismo de Gancho” aqui de 1:00 à 2:15). Publicando na Nature Communications, 3 Al-Otaibi e seis outros no Reino Unido usaram microscopia crioeletrônica para estudar a “estrutura do complexo da capa do flagelo bacteriano” que “sugere um mecanismo molecular para o alongamento do filamento”.

A tampa pentagonal, parecendo um pouco com um banco, é composta de proteínas FliD. Esta tampa é primeiro extrudida em pedaços através do canal central do gancho. Suas subunidades se auto-montam no final, enquanto formam “um extenso conjunto de contatos em várias subunidades, que contribuem para a oligomerização FliD”. A tampa então guia as proteínas flagelinas individuais que sobem através do canal até suas posições no filamento em crescimento, conforme mostrado na animação. Este é um processo bem controlado, eles descobriram, dependente do arranjo preciso dos aminoácidos em cada proteína, de modo que os contatos funcionem como pretendido.

Uma vez fora do FliD, propomos que os resíduos hidrofóbicos expostos atuem como uma chaperona e promovam o dobramento da flagelina em seu local de inserção. A fim de acomodar a próxima subunidade da flagelina, mudanças conformacionais precisam ocorrer para abrir uma bolsa de ligação adjacente. Propomos que o dobramento do novo protômero da flagelina leva ao deslocamento do complexo de cobertura, que gira em ~ 65 ° , posicionando assim uma cavidade adjacente do complexo de cobertura próximo ao próximo local de inserção da flagelina (Fig. 5). Esta hipótese está de acordo com os mecanismos de alongamento flagelar propostos anteriormente.

Quanto à especificidade desta operação, os cientistas dizem que “interromper essas interações tem um efeito significativo na motilidade celular”. Lembramos as palavras de Michael Behe : “Se alguma dessas peças estiver faltando, ou você obtém um flagelo que não funciona, porque está faltando o gancho ou está faltando o eixo de transmissão ou qualquer outra coisa, ou nem mesmo construído dentro da célula.”

Os defensores do DI devem se sentir encorajados a ver os argumentos para a complexidade irredutível resistindo ao teste do tempo. Depois de mais de duas décadas, os evolucionistas ainda “falharam em oferecer qualquer explicação darwiniana detalhada” para um motor rotativo surgindo por seleção natural, como evidenciado pelo silêncio completo de todos os três artigos sobre essa questão-chave.

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Notas

  1. Spikes, Montgomery e Walker, “Structure of the dimeric ATP sintase from bovine mitochondria.” PNAS 8 de setembro de 2020. https://doi.org/10.1073/pnas.2013998117.
  2. Blagotinsek et al ., “Um interruptor de parceiro dependente de ATP liga a montagem do anel C flagelar com a expressão do gene.” PNAS 25 de agosto de 2020 117 (34) 20826-20835.https://doi.org/10.1073/pnas.2006470117.
  3. Al-Otaibi et al ., “A estrutura crio-EM do complexo da capa do flagelo bacteriano sugere um mecanismo molecular para o alongamento do filamento.” Nature Communications, 25 de junho de 2020: 11, 3210 (2020).https://doi.org/10.1038/s41467-020-16981-4.

Variação no DNA ‘lixo’ leva a problemas

By Science Daily [Ago / 2016]

Embora as variantes estejam espalhadas por todo o genoma, os cientistas têm ignorado amplamente os trechos do código genético repetitivo, antes conhecidos com desprezo como DNA “lixo” em sua busca por diferenças que influenciam a saúde e as doenças humanas.

Um novo estudo mostra que a variação nessas regiões repetitivas negligenciadas também pode afetar a saúde humana. Essas regiões podem afetar a estabilidade do genoma e o funcionamento adequado dos cromossomos que empacotam o material genético, levando a um maior risco de câncer, defeitos congênitos e infertilidade. Os resultados aparecem online na revista Genome Research.

“A variação não é importante apenas para o funcionamento dos genes e proteínas, mas também pode ocorrer nas porções não codificantes e repetitivas do genoma“, disse Beth A. Sullivan, Ph.D. sênior, autora do estudo e professora associada de biologia molecular e microbiologia na Duke University School of Medicine.

“O que descobrimos neste estudo é provavelmente a ponta do iceberg“, disse Sullivan. “Pode haver todos os tipos de consequências funcionais em ter variação dentro da porção complexa e repetitiva do genoma que ainda não conhecemos.”

Embora a sequência do genoma humano tenha sido declarada completa há mais de uma década, ela mantém várias lacunas gritantes, especialmente nas sequências repetitivas em torno dos centrômeros, os laços tortuosos que mantêm um par de cromossomos juntos em uma forma de X flexível e coordenam seus movimentos durante a divisão celular.

Essas sequências de centrômero – chamadas de DNA de satélite – são compostas por blocos de exatamente 171 A’s, C’s, T’s e G’s, repetidos continuamente por milhões de pares de bases. Os pesquisadores certa vez acreditaram que cada cromossomo continha um único trecho desse DNA satélite, que determinava onde seu centrômero residiria. Mas, há alguns anos, o laboratório de Sullivan descobriu que muitos cromossomos humanos possuíam mais de uma dessas regiões e, dependendo do indivíduo, o centrômero poderia se formar em qualquer um dos locais.

Neste estudo, Sullivan queria ver como o cromossomo decide onde colocar seu centrômero e se um local constrói um centrômero “melhor” do que o outro. Dos 23 pares de cromossomos humanos, ela se concentrou no cromossomo 17, que é estruturalmente reorganizado ou mutado em muitos tipos de câncer e defeitos de nascença.

Primeiro, Sullivan e sua equipe combinaram ensaios moleculares e visuais, estendendo o cromossomo em longas fibras de cromatina que foram pintadas com sondas fluorescentes para mapear a variação na sequência genômica nas duas regiões diferentes do DNA satélite. Em seguida, eles examinaram cada região satélite para a presença de proteínas necessárias para construir um centrômero totalmente funcional.

Os pesquisadores descobriram que a variação genômica em uma dessas regiões de DNA satélite – seja no tamanho ou na sequência de suas unidades repetidas de 171 pares de bases – determina em última instância se o centrômero é construído no local primário ou no local alternativo.

Quando interrogaram amostras de um banco de DNA humano, eles descobriram que cerca de 70% dos humanos têm pouca variação genômica no local primário, enquanto 30% têm diferentes graus de variação. Na maioria das vezes, os centrômeros não são construídos no sítio principal se contiverem variação e, em vez disso, são montados no sítio de “backup” próximo. Mas quando isso acontece, o resultado pode ser um centrômero disfuncional que é arquitetonicamente defeituoso e um cromossomo instável que pode estar presente em muitas ou poucas cópias.

“É extremamente fascinante pensar que há tantas pessoas andando por aí que são essencialmente mosaicos de centrômero“, disse Sullivan. “Um de seus centrômeros, em um de seus cromossomos, tem o potencial de ser perigosamente instável e pode afetar sua capacidade de reprodução ou predispor ao câncer.”

No futuro, Sullivan planeja investigar quão grande é o risco que as regiões satélites variantes representam para aqueles que as carregam, e possivelmente desenvolver uma maneira de usar essas sequências como biomarcadores para os defeitos cromossômicos que podem levar à doença.

[*Obs: ênfases adicionadas]

Fonte da história:

Materials provided by Duke University. Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

  1. Megan E Aldrup-MacDonald, Molly E Kuo, Lori L Sullivan, Kimberline Chew, Beth A Sullivan. Genomic variation within alpha satellite DNA influences centromere location on human chromosomes with metastable epialleles. Genome Research, 2016; gr.206706.116 DOI:10.1101/gr.206706.116

Biologia Molecular

A evolução de órgãos complexos

 

 

“Se pudesse ser demonstrado que existiu algum órgão complexo que não poderia ter sido formado por numerosas, sucessivas e ligeiras modificações, minha teoria seria totalmente invalidada.” Charles Darwin

Antes de 1859, a maioria das pessoas acreditava que a vida era demasiado complexo para ter se originado sem um criador. Mas quando Charles Darwin publicou sua Origem das Espécies , materialistas viu sua teoria da origem humana como evidência apoiando uma visão de mundo ateísta onde Deus foi excluído. Embora Darwin não era ateu, sua teoria tornou-se o pivô para os materialistas a ensinar que Deus é irrelevante para a vida. Mas isso foi há quase 150 anos.

Em 1859 não houve entendimento de como a célula trabalhou em seu nível molecular. Darwin assumiu que todos os sistemas biológicos, incluindo a célula iria evoluir gradualmente por seleção natural sobre grandes períodos de tempo. Mas a ciência tem feito grandes avanços desde então, e os órgãos e sistemas de Darwin julgava tão simples foram encontrados para ser extremamente complexas e interdependentes.

Órgãos irredutivelmente complexos

Na verdade, as novas descobertas da biologia molecular revelam que alguns órgãos e sistemas biológicos funcionam somente quando todas as suas partes estão plenamente desenvolvidos, portanto, não poderia ter se desenvolvido gradualmente, uma peça de cada vez. Bioquímico Michael Behe compara sua interdependência para que de uma ratoeira que não pode pegar ratos, a menos que todas as suas partes funcionar perfeitamente. Behe define esses órgãos e sistemas como irredutivelmente complexo .

Darwin sabia que sua teoria tinha problemas. Ele estava especialmente preocupado com o olho , e como ele poderia ter se originado sem design. Ele assumiu que cada passo no desenvolvimento progressivo dos olhos da criatura deu uma vantagem evolutiva. Mas isso foi apenas a sua teoria, sem evidência empírica para apoiá-la.

A verdade é que no século XIX, Darwin sabia muito pouco sobre a interdependência extrema e intrincada complexidade do olho. Agora, com a ajuda de microscópios poderosos biólogos moleculares como Behe são capazes de sondar as profundezas do funcionamento dos olhos interiores. Biologia molecular revelou que cada olho humano tem mais de 100 milhões de bastonetes e trata 1,5 milhões de mensagens simultâneas. Ele funciona semelhante a uma câmera de TV, tem foco automático e tem seis milhões de cones que podem distinguir entre os sete milhões de cores.

Behe aponta que o olho é um órgão irredutivelmente complexo que nunca poderia ter se desenvolvido gradualmente através da seleção natural não guiados. Materialistas como Dawkins argumentam, no entanto, que é possível imaginar como o olho poderia ter desenvolvido gradualmente como Darwin teorizou. Mas uma coisa é imaginar como o olho poderia ter se desenvolvido gradualmente, e outra bem diferente é dizer que não há evidência científica para back-up tal idéia.

O próprio Darwin disse que ele era “não se preocupa” com a forma como o olho de fato começou, e nunca foi realmente convencido de que sua teoria de como o olho desenvolvido foi certo.

Mais tarde em sua vida Darwin confidenciou a um amigo:

 “Até hoje os olhos dá-me um frio arrepio.” Charles Darwin

A célula é outro exemplo de complexidade irredutível. Ela opera como uma fábrica com muitas peças de trabalho que cada um deve sincronizar perfeitamente. Na célula, um químico chamado DNA instrui o RNA para a fabricação de proteínas diferentes em um processo tão sofisticado e complexo que é além de qualquer coisa Darwin jamais imaginou. Bioquímico Michael Behe escreve sobre as reações dos cientistas para essa intrincada complexidade em seu livro, A Caixa Preta de Darwin .

“Em face da enorme complexidade que a bioquímica moderna descobriu na célula, a comunidade científica está paralisado.” Professor Michael Behe

Behe é acompanhado por vários outros cientistas que vêem evidências de uma mão divina por trás da complexidade da vida. Allan Sandage cosmólogo ecos perspectiva de Behe;

“Quanto mais se aprende de bioquímica mais inacreditável torna-se menos que haja algum tipo de princípio organizador, um arquiteto para os crentes.” cosmólogo Sandage Alan

DNA

O “cérebro” por trás de cada célula no nosso corpo e todos os seres vivos outros é uma molécula minúscula chamada DNA . Biólogos moleculares descobriram que esta molécula básica da vida é muito intricada complexa para ter se originado por acaso. intrincada complexidade DNA causou a sua co-descobridor, Francis Crick, para chamá-lo “quase um milagre.” fundador da Microsoft, Bill Gates diz que o software de DNA é “muito, muito mais complexo do que qualquer software que alguma vez desenvolvido.”

Uma vez que nenhum processo científico, incluindo a seleção natural, é capaz de explicar origem do DNA , muitos cientistas acreditam que ele deve ter sido projetado. A quantidade de DNA que caberiam numa cabeça de alfinete contém informações equivalente a uma pilha de livros de bolso que circundam a Terra 5.000 vezes. E DNA funciona como uma língua com o seu código próprio software extremamente complexo. A codificação por trás do DNA está apontando para um projetista de inteligência tal que supera a imaginação. Essa visão foi indicado por ninguém menos que líder ateu do mundo nos últimos 50 anos, Professor de Filosofia, Antony Flew.

Em Flew 50 anos de proclamar o ateísmo nas salas de aula da universidade, livros e palestras, ele argumentou que a ciência tinha tudo, mas refutada Deus. Mas quando viu a inteligência por trás do DNA, este líder ateu inverteu a sua crença de longa data:

“O que eu acho que o material de DNA tem feito é mostrar que a inteligência deve ter sido envolvido …. Agora parece-me que a descoberta de mais de 50 anos de pesquisa de DNA forneceram material para um argumento novo e extremamente poderoso para design.” Antony Flew

Embora este ex-ateu não é um crente em um Deus pessoal, ele agora admite que as evidências apontam para alguma forma de inteligência por trás de nossas origens.

Desde que escrevi Caixa Preta de Darwin, as descobertas científicas de Behe ter incendiado um tempestade de retórica sobre o seu livro. Materialistas têm fervorosamente tentou marginalizar suas descobertas. No entanto, até agora, nenhum cientista foi capaz de explicar adequadamente como processos naturais não guiados poderia ter produzido estes sistemas irredutivelmente complexos biológicos.

Como ele pondera a inteligência por trás do DNA, Amir Aczel, um materialista admitiu levanta a questão,

“Estamos testemunhando aqui algo tão wonderous, tão fantasticamente complexos, que não poderia ser a química ou a interação aleatória de elementos, mas algo muito além da nossa compreensão?” Professor Amir Aczel

A descoberta da inteligência incrível por trás do DNA convenceu muitos cientistas de que a resposta à pergunta Aczel é um enfático “Sim!”