Quando os mamíferos têm descendentes, eles investem muito. Ao contrário dos peixes ou das rãs, o embrião não pode desenvolver-se sozinho. Tem que se implantar no útero, onde recebe tudo o que precisa para sobreviver. Até que isso aconteça, o óvulo...
Um óvulo de camundongo, naturalmente preenchido com a proteína PADI6 (azul) – um marcador e principal componente da rede citoplasmática. O DNA no núcleo da célula é mostrado em magenta. Crédito: MPI f. Ciências Multidisciplinares/ Ida Marie Astad Jentoft
Quando os mamíferos têm descendentes, eles investem muito. Ao contrário dos peixes ou das rãs, o embrião não pode desenvolver-se sozinho. Tem que se implantar no útero, onde recebe tudo o que precisa para sobreviver. Até que isso aconteça, o óvulo nutre o embrião inicial. Entre outras coisas, fornece proteínas essenciais.
Pesquisadores liderados por Melina Schuh, do Instituto Max Planck de Ciências Multidisciplinares, juntamente com colegas em Göttingen, elucidaram agora como os óvulos armazenam proteínas. Seus experimentos também fornecem informações importantes sobre como erros no armazenamento de proteínas podem levar à infertilidade. As estruturas do óvulo que intrigam os cientistas há mais de 60 anos desempenham um papel crucial nisso. O trabalho está publicado na revista Cell .
Para muitos casais, a paternidade demora muito para chegar. Para alguns, o desejo de ter filhos ainda não foi realizado. As causas são variadas e podem ser encontradas tanto em homens quanto em mulheres. Nas mulheres, a fertilidade diminui com a idade e a infertilidade torna-se mais provável. No entanto, mutações genéticas também podem contribuir para isso.
Análises do material genético de mulheres inférteis em todo o mundo mostraram que uma das causas genéticas mais comuns da infertilidade feminina são as mutações em certos genes. Eles contêm os projetos da proteína PADI6 e do complexo proteico Subcortial Maternal Complex, ou SCMC, para abreviar. No entanto, não estava claro qual o papel que estas proteínas, em particular, desempenham na infertilidade.
Ida Jentoft (à direita) e Melina Schuh trabalhando em um microscópio óptico.
Crédito: MPI f. Ciências Multidisciplinares/ Swen Pförtner
Local de armazenamento de proteínas para o embrião inicial
Cientistas liderados por Melina Schuh usaram agora técnicas de imagem para visualizar que PADI6 e SCMC são os principais componentes das estruturas que preenchem o interior do óvulo. “O mundo da pesquisa tem intrigado há décadas sobre a função e a composição dessa estrutura, que chamamos de redes citoplasmáticas”, explica o diretor do Max Planck, Schuh.
Quando os cientistas removeram as proteínas PADI6 e SCMC dos óvulos de camundongos, a rede citoplasmática foi perdida – com consequências fatais. “Os óvulos de camundongos que não possuíam as redes citoplasmáticas também não possuíam as proteínas exigidas pelo embrião inicial. O desenvolvimento do embrião foi interrompido logo após a fertilização”, diz o biólogo celular. “Suspeitamos, portanto, que as redes citoplasmáticas poderiam servir como locais de armazenamento de proteínas”.
Armazenar proteínas no óvulo não é nada trivial. Isso ocorre porque os óvulos são criados nos ovários de uma fêmea de mamífero desde o nascimento e permanecem funcionais por meses ou até anos. Os óvulos precisam manter suas proteínas em estoque por um período correspondentemente longo, sem serem degradados ou se tornarem ativos no momento errado.
Na etapa seguinte, os pesquisadores investigaram quais proteínas estão contidas nas redes citoplasmáticas. Em cooperação com grupos liderados por Henning Urlaub e Juliane Liepe do Instituto Max Planck, eles usaram espectrometria de massa e bioinformática para determinar o inventário exato de proteínas das redes.
Como os resultados mostraram, as redes citoplasmáticas ligam-se a muitas proteínas que são cruciais para o desenvolvimento embrionário. "Nossos resultados são fortes indicações de que nossa suposição está correta: as redes citoplasmáticas são os locais de armazenamento de proteínas do óvulo e fornecem proteínas vitais ao embrião inicial", ressalta Schuh.
As proteínas PADI6 e SCMC armazenam proteínas
Conforme descobriram posteriormente, as proteínas PADI6 e SCMC assumem a tarefa de coletar e armazenar proteínas para o desenvolvimento inicial do embrião. “Isso explica por que os embriões param de se desenvolver logo após a fertilização se essas proteínas estão faltando ou não conseguem cumprir a sua função”, diz Ida Jentoft, primeira autora do estudo. “Estávamos então interessados ??em saber se um local defeituoso de armazenamento de proteínas poderia ser substituído se, por exemplo, PADI6 e SCMC estivessem faltando devido a mutações genéticas”.
Em experimentos, a equipe conseguiu reintroduzir artificialmente as proteínas da rede que faltavam em óvulos de camundongos em crescimento. Com esta abordagem, também pode ser possível reconstruir a rede citoplasmática em óvulos humanos defeituosos. De acordo com Jentoft, esta poderia ser uma nova abordagem promissora para o tratamento da infertilidade causada por mutações nos genes PADI6 e SCMC.
Ovos congelados sob o microscópio
Quando questionados por que foram necessárias tantas décadas para decifrar a função das enigmáticas estruturas reticulares do óvulo, Schuh e Jentoft têm uma resposta curta: o tamanho do óvulo e a falta de métodos. Os óvulos são os gigantes entre os vários tipos de células dos mamíferos. O que os predestina a armazenar proteínas dificulta olhar para dentro deles.
"O principal desafio metodológico foi tornar os óvulos acessíveis para os métodos de imagem que usamos - microscopia óptica de alta resolução e tomografia crioeletrônica (crio-ET). Esta última torna possível examinar as estruturas moleculares do óvulo em 3D em condições quase naturais. Isto não foi possível até agora", explica o Diretor do Max Planck. O avanço da equipe neste procedimento foi ajudado por um truque testado e comprovado da medicina reprodutiva.
Para crio-ET, as células devem primeiro ser congeladas por choque. Os pesquisadores aproveitaram o fato de que as clínicas congelam rotineiramente óvulos humanos para inseminação artificial para armazená-los. Para proteger os óvulos durante o congelamento, as clínicas usam crioprotetores. “Tivemos a ideia de usar os mesmos crioprotetores para conseguir o congelamento rápido necessário dos óvulos”, relata Rubén Fernández-Busnadiego, do Centro Médico Universitário de Göttingen.
“Com esta técnica, podemos examinar as redes citoplasmáticas do óvulo e começar a decifrar detalhadamente sua estrutura”, acrescenta Schuh. Os cientistas esperam que as novas técnicas levem a avanços importantes na pesquisa de óvulos , bem como a novas abordagens terapêuticas no futuro.
Mais informações: Ida MA Jentoft et al, Oócitos de mamíferos armazenam proteínas para o embrião inicial em redes citoplasmáticas, Cell (2023). DOI: 10.1016/j.cell.2023.10.003
Informações do diário: Célula