Usando novas técnicas de imagem de alta resolução, pesquisadores e colegas da MDC rastrearam a titina, a maior proteína do corpo, em tempo real durante todo o seu ciclo de vida. O método e os resultados podem fornecer uma nova visão do desenvolvimento muscular, bem como tratar músculos danificados e doenças cardíacas.
As luzes cintilantes iluminam a época das férias, os investigadores do Max Delbrück Center for Molecular Medicine são aplaudidos por luzes vermelhas e verdes por uma razão completamente diferente. Usando sondas coloridas, uma equipe acompanhou todo o ciclo de vida da titina, a maior proteína do corpo conhecida por desempenhar um papel fundamental no tecido muscular. A observação da titina desde a síntese até à degradação forneceu uma nova visão sobre a formação de sarcômeros, as principais unidades contráteis do coração e do músculo esquelético.
Titina é uma molécula tão grande que a sua análise proporciona desafios únicos. A equipe anexou etiquetas fluorescentes vermelhas e verdes em extremidades opostas da proteína, permitindo-lhes observar os movimentos precisos da titina nas células musculares derivadas do coração do rato, chamadas cardiomiócitos.
“Os cardiomiócitos são altamente especializados e não podem saltar uma batida”, disse Michael Gotthardt, que dirige o Laboratório de Biologia Neuromuscular e de Células Cardiovasculares do MDC e liderou a pesquisa. “Podemos observar como a titina é feita e inserida no miofilamento enquanto tudo ainda está funcionando”. É lindo de se ver”
Não é apenas uma imagem bonita
A percepção obtida ao se poder observar a titina em tempo real é significativa. Há muito tempo que se assume que a titina é a espinha dorsal rígida dos sarcomeres, os segmentos funcionais básicos do coração e músculos esqueléticos que se expandem e contraem. Acontece que a titina é muito mais dinâmica do que se pensava anteriormente, disse Gotthardt.
Células musculares do coração parecem ter um pool de titina solúvel espalhado pelo sarcômero, pronto para substituir proteínas danificadas no processo repetitivo de expansão e contração muscular. As proteínas estendidas são movidas para fora das células e depois degradadas. Tudo isso acontece ao longo de algumas horas, o que parece rápido, mas na verdade é muito mais longo do que para qualquer outra proteína sarcomérica.
A grande quantidade de titina localizada fora do sarcômero foi como surpresa, visto pela primeira vez graças ao novo modelo genético de mouse e técnica de imagem, disse Gotthardt. Outro achado inesperado foi a diversidade de moléculas de titina, chamadas isoformas, que foram observadas. As proteínas de movimento mais rápido são provavelmente isoformas diferentes das isoformas de movimento mais lento.
“Este é um olhar sobre a vida real do sarcômero”, disse Gotthardt. “
As sondas fluorescentes podem ajudar os pesquisadores a estudar como os músculos se reconstróem após o exercício, ou como os músculos do coração se remodelam após um ataque cardíaco”. Elas também podem ajudar a entender melhor as doenças cardíacas associadas a mutações em outras proteínas sarcômicas, disse Franziska Rudolph, primeira autora do artigo.
“Isto é incrível, seguir as variantes endógenas de titina em tempo real do início ao fim”, disse Rudolph. “Tantos experimentos são possíveis com esses modelos de mouse e diferentes técnicas de imagem”
Por exemplo, a técnica poderia ser usada para rastrear células implantadas para ver o quão bem elas estão se integrando com a fibra muscular nativa, e se elas se conectam adequadamente com seus novos vizinhos para trabalhar como uma unidade ou não”. Tal percepção poderia mostrar se as terapias baseadas em células são eficazes.
Validar as novas ferramentas e estabelecer métodos para análise de imagem foi um desafio e exigiu a colaboração com colegas do Instituto de Biologia de Sistemas Médicos de Berlim do MDC, do Centro Médico Universitário de Göttingen, e da Universidade do Arizona. A equipe trabalhou arduamente para mostrar como as proteínas fluorescentes, que são geradas geneticamente, não tiveram efeitos colaterais inesperados no desenvolvimento e função muscular ou da titina.
Os pesquisadores do MDC continuam a investigar a titina com as novas ferramentas, incluindo como os músculos esqueléticos respondem ao exercício.
Referência
Rudolph et al. (2019) Resolvendo o ciclo de vida da titina e a organização espacial da rotação da proteína em cardiomiócitos de camundongos. PNAS. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1904385116
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