Os qua­micos, bia³logos e analistas de dados da PNNL se uniram para criar um dos retratos mais detalhados já feitos sobre populações de protea­nas em seções de tecido que são extremamente pequenas, cada uma mais fina que um gra£o de poeira visível na tela do computador.

E qual tecido possui o status de ser o primeiro órgão multicelular a ter seu proteoma - sua coleção de protea­nas - mapeado com tanto detalhe?

Essa honra pertence ao humilde aºtero do rato, um pequeno órgão com menos de alguns mila­metros de dia¢metro que possibilita a procriação do roedor.

A equipe, liderada pela bioquímica Kristin Burnum-Johnson, reuniu uma quantidade sem precedentes de informações sobre as protea­nas do tecido e depois converteu a massa de dados em um retrato meticuloso da abunda¢ncia de protea­nas no aºtero de um rato.

Embora seja um pequeno passo a  frente na pesquisa com camundongos, éum grande passo a  frente no entendimento de protea­nas, os mecanismos moleculares dos organismos biola³gicos.

A pesquisa foi publicada em 7 de janeiro de 2020 na Nature Communications . Os co-primeiros autores são Paul Piehowski e Ying Zhu. Outros autores do PNNL são Lisa Bramer, Kelly Stratton, Rui Zhao, Daniel Orton, Ronald Moore, Hugh Mitchell, Yuqian Gao, Bobbie-Jo Webb-Robertson, Ryan Kelly e Burnum-Johnson.

O trabalho faz parte de um esfora§o global para entender melhor as protea­nas, que são extremamente importantes no mundo molecular. Nonívelcelular, eles governam amplamente se as células vivem ou morrem; de maneira mais ampla, eles podem determinar, por exemplo, por que uma pessoa contrai câncer enquanto outra não ou por que algumas células cerebrais sucumbem a  doença de Parkinson enquanto outras prosperam.

Mas a compreensão profunda da expressão e atividade das protea­nas de que os cientistas precisam para melhorar o ambiente ou ajudar as pessoas geralmente permanece ilusãoria.

Para entender o desafio que os pesquisadores enfrentam, considere as centenas de funciona¡rios de um aeroporto: pilotos, manipuladores de bagagem, rastreadores de segurança, motoristas de a´nibus, cozinheiros, meca¢nicos e muitos outros. Alguns são ativos nas passarelas, outros estãoocupados em cozinhas, outros estãode folga e relaxam no lounge.

Em baixa resolução, um analista pode simplesmente detectar 2.000 pessoas presentes no aeroporto. Poranãm, com mais conhecimento, um analista pode ser capaz de identificar quais tipos de funciona¡rios estãoativos na cozinha, quem estãoocupado nas passarelas e quem exatamente estãopilotando os aviaµes. Talvez as pessoas que giram no volante estejam dirigindo a´nibus, enquanto as pessoas que manejam tubos grandes estãoabastecendo aviaµes. O conhecimento éinestima¡vel se algo der errado - por exemplo, quem éresponsável se a bagagem não chegar ao seu destino ou se houver uma colisão na pista.

Agora pense em cada funciona¡rio como uma protea­na, multiplique por 1.000 e condense toda essa atividade em um pontinho e vocêtera¡ um vislumbre da ação que os cientistas gostariam de desembaraçar - em cada pedaço de tecido de cada organismo. Os cientistas precisam saber exatamente quais atores moleculares estãoativos, onde e quando. Simplesmente observar a condição de um corpo maior - por exemplo, que uma pessoa estãodoente - geralmente não ajuda demais. Para ajudar as pessoas, curar doenças ou melhorar o meio ambiente, os cientistas precisam conhecer a paisagem protea´mica de um organismo em grandes detalhes.

a‰ isso que a equipe do PNNL se propa´s a fazer. Para o estudo da Nature Communications , a equipe analisou o tecido uterino de camundongos prenhes, medindo a abunda¢ncia de protea­nas em pequenos fragmentos de tecido.

O primeiro passo foi aproveitar o trabalho anterior dos colegas Zhu e Kelly (agora na Universidade Brigham Young) para medir centenas de protea­nas a partir de uma pequena amostra la­quida. A equipe se concentrou em pequenas regiaµes de tecido, ou voxels, cada uma medindo 100 ma­crons de comprimento x 100 ma­crons de largura e apenas 10 ma­crons de espessura. A equipe usou a tecnologia PNNL automatizada conhecida como nanoPOTS - nanodroplet Processing in One pot for Trace Samples - para extrair e digerir protea­nas de cada voxel em apenas 200 nanolitros de fluido, depois usou a espectrometria de massa para medir na­veis de mais de 2.000 protea­nas em cada amostra.

Para ajudar a interpretar os dados, a equipe contratou Bramer, Stratton e Webb-Robertson, especialistas em agregar e analisar grandes quantidades de dados em formula¡rios que podem ser interpretados com mais rapidez e precisão. Eles usaram o Trelliscope, uma plataforma de ca³digo aberto desenvolvida pelo PNNL para visualização e gerenciamento de dados, para converter os montes de números em um retrato da abunda¢ncia de protea­nas.

Para demonstrar o potencial de aplicações biológicas e cla­nicas dessa tecnologia, a equipe mapeou a distribuição molecular das protea­nas entre os microambientes celulares aºnicos das seções de tecido uterino do rato, preparando-se para a implantação embriona¡ria.

O resultado? A equipe mostrou que sua representação visual dos dados da protea­na correspondia a  anatomia conhecida do aºtero do rato. Medições distinguidas entre células epiteliais luminais, que revestem a cavidade uterina e são as primeiras células a fazer contato direto com um embria£o em sua forma inicial; células estromais, que sustentam o crescimento de um embria£o durante o ini­cio da gravidez; e outras células conhecidas como células epiteliais glandulares dispersas. As medidas da equipe também diferenciaram microambientes teciduais aºnicos nas mesmas populações celulares.

O mapa de tecidos da equipe transmite informações importantes para entender exatamente o que estãoacontecendo em um organismo. a‰ como uma equipe que coleta dados sobre o clima - quantidades de neve, temperaturas, umidade e assim por diante - e constra³i um mapa dos Estados Unidos que coloca com precisão montanhas, rios e outros recursos geogra¡ficos, em vez de simplesmente se concentrar nos limites do estado.

"Podemos interrogar um pedaço de tecido, ver o que hála¡ dentro e medir a abunda¢ncia de uma protea­na a  medida que ela muda entre os tipos de células e os microambientes", disse Burnum-Johnson. "Isso émuito mais revelador do que simplesmente olhar para um grande pedaço de tecido , processa¡-lo e depois ver o que estãopresente".