Nova Método Revela Interações de Proteínas em Células Vivas

Células se comunicam e trabalham juntas por meio de proteínas que formam redes. Essas redes são compostas por proteínas interagindo entre si, e a composição dessas interações pode mudar com base no tipo de célula ou na área dentro de uma célula. Capturar como essas proteínas interagem, especialmente quando essas interações são temporárias ou fracas, pode ser difícil. Essa compreensão é crucial para estudar estados saudáveis e doentes.

Para descobrir como as proteínas interagem, os cientistas costumam usar um método chamado purificação por afinidade combinado com espectrometria de massa. Essa técnica ajuda a identificar proteínas interagindo, mas tende a focar em interações fortes e estáveis. Recentemente, surgiram novos métodos que ajudam a estudar interações mais fracas usando enzimas ligadas às proteínas de interesse. Uma enzima popular usada nesse contexto é chamada TurboID, que pode rotular proteínas próximas para estudo posterior.

Neste estudo, apresentamos um novo método chamado Bi-nano-ID, que visa explorar e visualizar como proteínas específicas interagem dentro de células vivas. Testamos esse método usando uma proteína chamada TAZ, que desempenha um papel importante na sinalização e comportamento celular.

#Entendendo TAZ e Seu Papel

TAZ é uma proteína envolvida em uma via de sinalização crítica conhecida como via Hippo. Essa via ajuda a regular o crescimento celular, movimento e a decisão das células de permanecerem vivas ou morrerem. Sob certas condições, TAZ pode se mover entre o citoplasma e o núcleo de uma célula. No citoplasma, TAZ interage com proteínas que promovem o crescimento celular, enquanto no núcleo, colabora com diferentes proteínas para iniciar a expressão gênica. As interações e movimentos do TAZ são vitais para a função e saúde celular.

#A Necessidade de Um Novo Método

Métodos tradicionais usados para capturar interações de proteínas muitas vezes perdem as transitórias. Essas interações mais fracas podem ser essenciais para entender as funções celulares. Portanto, desenvolvemos o Bi-nano-ID, que combina duas técnicas: rotulagem de proximidade e complementação bioluminescente, para fornecer uma imagem mais clara de como proteínas como TAZ interagem em seu ambiente natural.

#O Design do Bi-nano-ID

O Bi-nano-ID se baseia em técnicas estabelecidas. Ele usa um nanobodies específico que pode se ligar a proteínas e uma enzima que rotula proteínas interagindo próximas. Quando as proteínas interagem de forma próxima o suficiente, elas podem ser rotuladas e identificadas por meio da espectrometria de massa. Essa abordagem permite a visualização simultânea de duas proteínas interagindo entre si em células vivas.

#Testando o Bi-nano-ID

Como um caso de teste, focamos no TAZ e suas interações com dois parceiros: Proteínas 14-3-3 e proteínas TEAD. Cada uma dessas proteínas desempenha um papel distinto na sinalização e função celular. Examinamos como o TAZ interage com ambas as proteínas 14-3-3 e TEAD em uma linha celular específica chamada HEK293T.

Desenhamos uma construção especial que ligava o TAZ à enzima de rotulagem, permitindo que rotulássemos e identificássemos proteínas próximas ao TAZ. Usando espectrometria de massa, conseguimos descobrir várias proteínas interagindo com o TAZ, revelando tanto interações conhecidas quanto novas.

#Observações do Estudo

Usando o Bi-nano-ID, identificamos um total de 243 proteínas associadas ao TAZ. Dentre elas, 66 já eram conhecidas por interagir com o TAZ de acordo com o conhecimento existente. Curiosamente, muitas das proteínas recém identificadas também compartilhavam funções relacionadas ao papel bem estudado do TAZ na sinalização celular.

Além disso, fizemos uma análise específica para ver como o TAZ interage de maneira diferente com as proteínas 14-3-3 no citoplasma em comparação com as proteínas TEAD no núcleo. Encontramos parceiros de interação únicos para cada um, destacando a importância do contexto nas interações de proteínas.

#A Interface das Interações

Uma das descobertas cruciais do nosso experimento foi identificar uma região específica no TAZ que é responsável por sua interação com seus parceiros. Essa região, que inclui um aminoácido chamado Glu309, é essencial para a interação do TAZ com a SERPINB4, uma proteína envolvida na regulação do crescimento celular. Quando mutamos esse aminoácido, as interações foram significativamente afetadas, indicando seu papel crítico.

#SERPINB4 e Seu Papel no Crescimento Celular

Notamos também que a SERPINB4 interage com o TAZ e as proteínas 14-3-3. Essa interação potencialmente desempenha um papel na promoção do crescimento celular. Para ver como a SERPINB4 funciona nesse contexto, diminuímos sua expressão em uma linhagem celular e testamos como isso afetou o crescimento celular. Os resultados mostraram que a redução dos níveis de SERPINB4 diminuiu a proliferação das células.

#Entendendo a Diferenciação em Células-Tronco

Em nossos experimentos, usamos um tipo de célula-tronco da medula óssea chamada HS27A para entender como o TAZ interage com seus parceiros em um sistema vivo. Induzimos essas células-tronco a se diferenciarem em células ósseas e descobrimos que a SERPINB4 foi significativamente reduzida durante esse processo. Isso sugeriu que seu papel está ligado ao crescimento dessas células.

#Importância das Descobertas

Essa pesquisa ilumina as complexas interações entre proteínas em células vivas, particularmente em relação ao TAZ. Ao usar o Bi-nano-ID, estabelecemos um método valioso para estudar interações de proteínas em tempo real, permitindo capturar interações que eram difíceis de medir anteriormente.

Demonstramos que o TAZ tem diferentes parceiros de interação com base em sua localização na célula e que aminoácidos específicos desempenham um papel crucial nessas interações. Esse conhecimento pode ajudar a entender melhor como esses processos celulares são regulados e como podem ser manipulados no contexto de doenças.

#Direções Futuras

As implicações deste trabalho se estendem a vários campos, incluindo pesquisa sobre câncer e medicina regenerativa. Entender as interações de proteínas como o TAZ e seu papel no comportamento celular pode levar a estratégias terapêuticas potenciais.

Acreditamos que o Bi-nano-ID se tornará uma ferramenta poderosa na biologia celular, permitindo que os cientistas desvendem as complexidades das interações de proteínas e suas consequências em diferentes contextos celulares. Estudos futuros podem expandir essas descobertas para dissecar ainda mais como as proteínas se comunicam e se comportam no ambiente intricado das células vivas.

#Conclusão

Em resumo, desenvolvemos e validamos um método inovador chamado Bi-nano-ID que permite a análise das interações de proteínas em células vivas. Focando no TAZ e seus parceiros específicos, demonstramos a importância de entender essas interações e seus papéis na sinalização e crescimento celular. Nossas descobertas abrem caminho para pesquisas futuras voltadas a desvendar as complexidades das redes de proteínas e suas implicações para a saúde e doenças.