Synaptopodin: Ligando Actina e o Retículo Endoplasmático em Neurônios

O Retículo Endoplasmático (RE) é uma rede dentro das células que ajuda a produzir e transportar proteínas e lipídios. Ele está espalhado por várias partes da célula e é formado por áreas diferentes que têm funções específicas. Isso é especialmente verdade em células como os neurônios, que são responsáveis por enviar sinais no cérebro.

Uma parte interessante do RE nos neurônios é chamada de aparelho espinhoso. Essa estrutura está perto das conexões entre as células nervosas, que são chamadas de sinapses. O aparelho espinhoso é composto por pilhas planas de RE liso que estão organizadas de forma próxima e separadas por um material proteico denso. Elas se conectam ao RE principal através de tubos estreitos que correm ao longo do caule de suporte do espinho.

Outra estrutura semelhante do RE é o orgânulo cisternal, encontrado nos segmentos iniciais dos axônios (as caudas longas dos neurônios que carregam sinais). No entanto, não se sabe muito sobre o que essas estruturas fazem. Algumas pesquisas sugerem que o aparelho espinhoso pode ajudar a mudar a força das conexões entre os neurônios, um processo essencial para o aprendizado e a memória. Também se acreditou que ele armazena cálcio, um elemento-chave para muitas funções celulares, mas o papel de sua forma única nessa função ainda é incerto.

Mudanças na aparência do aparelho espinhoso foram notadas durante mudanças de longo prazo nas conexões dos neurônios e durante certas doenças. Enquanto muitos estudos investigaram como outras estruturas do RE são formadas, como o RE rugoso e os tubulos lisos, os processos específicos por trás da formação do aparelho espinhoso e do orgânulo cisternal não são bem compreendidos.

#Papel do Sinaptopodina

Pesquisas mostraram que uma proteína chamada sinaptopodina é crucial para a formação do aparelho espinhoso e do orgânulo cisternal no cérebro. A sinaptopodina está conectada à Actina, uma proteína que ajuda as células a manterem sua forma e movimento, o que significa que ela está presente em áreas ricas em actina dentro dos espinhos dendríticos e segmentos iniciais axonais.

Para encontrar outras proteínas que se associam à sinaptopodina, os pesquisadores usaram um método chamado proteômica de proximidade. Esse processo identificou várias proteínas relacionadas à actina, sugerindo que a actina desempenha um papel significativo na formação do aparelho espinhoso.

A formação do aparelho espinhoso e do orgânulo cisternal envolve várias etapas. Como a sinaptopodina não tem uma parte que passa pela membrana, ela precisa se conectar ao RE direta ou indiretamente. Normalmente, o RE tem tubulos nos dendritos, mas para que essas estruturas se formem, o RE precisa se expandir em folhas planas que se empilham umas sobre as outras. O papel da sinaptopodina e de outras proteínas nessas etapas ainda é incerto.

Esse estudo teve como objetivo começar a responder a essas perguntas. Foi descoberto que a sinaptopodina e o aparelho espinhoso foram preservados na evolução de moscas da fruta a humanos. Uma área específica da sinaptopodina é necessária para que ela se conecte ao RE. As descobertas também revelaram que a sinaptopodina não só ajuda a formar feixes de actina, mas também liga esses feixes ao RE. Quando essa proteína foi expressa em células, mostrou-se que ela induziu a criação de estruturas que se parecem com o aparelho espinhoso, sugerindo que a sinaptopodina e a actina trabalham juntas para formar esses orgânulos.

#Estruturas Especiais em Neurônios

O aparelho espinhoso e o orgânulo cisternal nos neurônios têm formas únicas e são compostos por folhas de RE liso com espaços estreitos entre elas. Altas concentrações de sinaptopodina podem ser vistas em espinhos dendríticos e segmentos axonais em neurônios cultivados. Quando os pesquisadores olharam para esses grupos de sinaptopodina usando técnicas avançadas de imagem, descobriram que as acumulações consistiam em feixes de actina localizados entre as folhas de RE. Isso indica que a sinaptopodina não só fornece suporte para as estruturas de actina, mas também as conecta ao RE.

Investigações adicionais em células de fibroblastos (um tipo geral de célula) foram realizadas ao expressar sinaptopodina nessas células. Foi observado que a sinaptopodina e a actina foram encontradas juntas nessas células, semelhante ao que foi visto em neurônios. Algumas das estruturas associadas à sinaptopodina apareceram como fibras de estresse e, ao examiná-las usando microscopia eletrônica, os pesquisadores encontraram feixes de actina sanduichados entre folhas de RE compactadas.

Quando os fibroblastos foram expostos a condições que causaram a separação do RE, a maioria dos elementos positivos para sinaptopodina permaneceu em contato com o RE. Isso solidificou a conexão entre a sinaptopodina e o RE e sugeriu que ela desempenha um papel em ligar a actina ao RE.

#Locais de Ligação da Actina da Sinaptopodina

A estrutura da sinaptopodina foi estudada para identificar as regiões específicas que permitem que ela se ligue à actina e a conecte ao RE. Os pesquisadores criaram diferentes versões da sinaptopodina e descobriram que certas regiões eram responsáveis pela sua capacidade de se associar à actina. Mesmo quando uma das regiões de ligação à actina previamente identificadas foi removida, a sinaptopodina ainda pôde interagir com a actina, sugerindo múltiplos locais de ligação dentro da proteína.

Análises adicionais mostraram que, quando partes da sinaptopodina foram deletadas, elas mantiveram a capacidade de se conectar com a actina, mas não conseguiram formar os feixes de actina conectados ao RE típicos do aparelho espinhoso. Isso indica que, embora a sinaptopodina possa ligar-se à actina através de vários locais, nem todas essas interações resultam na estrutura específica necessária para o aparelho espinhoso.

Curiosamente, uma região específica da sinaptopodina considerada importante para ligar a proteína ao RE foi encontrada como parte de um domínio conhecido como domínio calsarcin. Este domínio é reconhecido por sua capacidade de se ligar à actina, mas não ancla a sinaptopodina ao RE por si só.

O domínio calsarcin é semelhante na sinaptopodina e em outra proteína chamada miozenina, que também interage com outras proteínas. Isso sugere que a sinaptopodina tem uma conexão evolutiva com essas proteínas. Além disso, outras versões da sinaptopodina foram encontradas com características semelhantes, apontando para a importância do domínio calsarcin entre várias espécies.

#Importância Evolutiva

Para estudar mais o papel da sinaptopodina na formação do aparelho espinhoso, os pesquisadores analisaram sua presença ao longo da evolução. Foi estabelecido que uma versão da sinaptopodina existe em moscas da fruta, uma proteína chamada CG1674, que tem semelhanças funcionais com seu equivalente mamífero. Quando o CG1674 foi expresso em células, ele formou estruturas ricas em actina semelhantes às feitas pela sinaptopodina.

Em certos neurônios de moscas da fruta, os pesquisadores encontraram espinhos ricos em actina, semelhantes aos de vertebrados, que continham estruturas que se pareciam com o aparelho espinhoso. Essa semelhança levanta a possibilidade de que a sinaptopodina e o aparelho espinhoso tenham sido conservados ao longo da evolução.

#Criando Estruturas Semelhantes ao Aparelho Espinhoso

Os resultados de estudos anteriores sugerem que a sinaptopodina poderia ajudar a conectar elementos do RE através da actina. No entanto, uma grande diferença entre o aparelho espinhoso e as estruturas feitas pela superexpressão da sinaptopodina está na espessura dos feixes de actina entre as folhas do RE. Para abordar isso, os pesquisadores criaram uma construção que ancorou a sinaptopodina ao RE, ligando-a a outra proteína conhecida como Sec61β. Essa configuração visava limitar a formação de feixes de actina a situações onde estivesse em contato direto com o RE.

Quando essa proteína fundida foi expressa em células, resultou na formação de estruturas alongadas semelhantes ao aparelho espinhoso. Usando técnicas avançadas de imagem, os pesquisadores descobriram que essas estruturas consistiam em folhas de RE empilhadas juntas com espaço mínimo entre elas, semelhante ao aparelho espinhoso.

As propriedades únicas dessas estruturas semelhantes ao aparelho espinhoso sugerem que elas podem fornecer insights sobre como estruturas especializadas do RE são formadas. A presença de actina e várias proteínas conhecidas por fazer parte do aparelho espinhoso indicou que as estruturas compartilhavam características com seus equivalentes neuronais.

#Resumo das Descobertas

Em resumo, o estudo revela que a sinaptopodina pode agregar actina enquanto a liga ao RE em neurônios e células não neuronais. Uma seção muito específica da sinaptopodina é essencial para esse processo de ligação; no entanto, regiões de ligação adicionais também contribuem para sua função. Ao ancorar artificialmente a sinaptopodina ao RE nas células, os pesquisadores demonstraram que ela poderia induzir a formação de estruturas semelhantes ao aparelho espinhoso.

Essas estruturas semelhantes ao aparelho espinhoso exibem características similares ao verdadeiro aparelho espinhoso, incluindo um lúmen muito estreito e uma matriz proteica densa conectando-as. Importante, essas descobertas enfatizam que o aparelho espinhoso e outras regiões especializadas do RE podem ter funções distintas adaptadas às necessidades de tipos específicos de células.

O estudo também destaca um vínculo evolutivo entre a sinaptopodina nas moscas da fruta e nos humanos, sugerindo que a aparência de espinhos baseados em actina e a formação do aparelho espinhoso evoluíram juntas. Essa relação enfatiza o papel essencial da actina na função dos neurônios e os potenciais mecanismos regulatórios em jogo nessas estruturas.