Todas as células humanas são encerradas em uma membrana gordurosa que éincorporada com milhares de protea­nas diferentes. Essas chamadas protea­nas de membrana desempenham inaºmeras funções, desde a regulação de nossa pressão sanguínea, a coordenação de nossas respostas imunes e o controle do disparo de neura´nios em nossos cérebros. As protea­nas de membrana são tão importantes que são direcionadas e reguladas por mais da metade de todos os medicamentos no mercado atualmente.

As protea­nas de membrana são fabricadas primeiro dentro da canãlula e transportadas para uma organela chamada reta­culo endoplasma¡tico (ER). La¡, as protea­nas são inseridas na membrana, onde desempenham inaºmeras funções. Para muitas protea­nas de membrana, esse processo de inserção depende de uma estrutura complicada conhecida como complexo de protea­nas de membrana ER (EMC). O CEM éevolutivamente antigo, encontrado amplamente em células eucaria³ticas, de fungos a seres humanos. E éexplorado por va­rus (potencialmente incluindo o novo coronava­rus responsável pela pandemia de COVID-19) que o utiliza para construir e transportar algumas de suas próprias protea­nas virais em um organismo infectado. Portanto, entender como a EMC funciona éuma parte importante da compreensão da biologia celular ba¡sica e pode oferecer pistas sobre como inibir doena§as.

Agora, os cientistas da Caltech viram o EMC pela primeira vez, com uma técnica chamada microscopia crioeletra´nica de parta­cula única - atravanãs da qual as amostras são congeladas, fotografadas nonívelata´mico e depois reconstrua­das computacionalmente em detalhes.

A pesquisa foi realizada no laboratório de Rebecca Voorhees , professora assistente de biologia e engenharia biológica e investigadora do Instituto de Pesquisa Manãdica Heritage. Um artigo descrevendo o estudo foi publicado na revista Science em 21 de maio.

A EMC foi descoberta hácerca de 10 anos, mas atérecentemente, não havia técnicas disponí­veis que pudessem imaginar sua estrutura. Quando Voorhees chegou a  Caltech em 2017, um de seus primeiros objetivos foi trabalhar em colaboração com a instalação de microscopia crioeletra´nica da Caltech (uma das poucas instalações desse tipo no mundo) para entender como as protea­nas da membrana são produzidas.

"A solução da estrutura permite responder perguntas como, nonívelmolecular, como a EMC insere protea­nas nas membranas celulares? Como ela pode interagir com tantas protea­nas diferentes? O que acontece quando esses processos da£o errado no caso de uma doena§a?" Voorhees explica.

O novo modelo estrutural da EMC mostra como suas nove subunidades essenciais diferentes se reaºnem, embora as funções de algumas das subunidades ainda não sejam compreendidas. O modelo sugere que a EMC pode fazer mais do que apenas ajudar a guiar e inserir protea­nas na membrana celular; na verdade, pode ajudar as protea­nas a dobrar e montar adequadamente e pode realizar verificações de "controle de qualidade". Voorhees e sua equipe agora pretendem projetar experimentos para investigar as funções dos diferentes componentes do complexo.

"Na biologia estrutural, muitas vezes nos vemos como exploradores com alvos biola³gicos no topo das montanhas", diz o professor de Bioquímica Bil Clemons , bia³logo estrutural da Caltech que não participou do estudo. "Desde a sua descoberta, a EMC tem sido uma montanha de importa¢ncia a³bvia e éemocionante finalmente vaª-la em toda a sua gla³ria. a‰ uma prova do talento do professor Voorhees e do sucesso da Caltech em fornecer os recursos que tornam possí­vel. Essa estrutura éum marco no campo da biologia das protea­nas da membrana ".

"Os bia³logos estruturais geralmente gostam de fazer referaªncia a uma citação especa­fica de Richard Feynman - parafraseando: 'Se vocêquer entender questões biológicas fundamentais, basta olhar para a coisa'. As instalações de crio-EM da Caltech e o trabalho em equipe dos meus tremendos membros do laboratório realmente tornaram esse trabalho possí­vel ", diz Voorhees.

O artigo éintitulado " Base estrutural para inserção da membrana pelo complexo de protea­nas da membrana ER humana ". O estudioso de pa³s-doutorado da Caltech, Tino Pleiner, o estudante de graduação Giovani Pinton Tomaleri e o cientista da equipe Kurt Januszyk são os co-primeiros autores do estudo. Além de Voorhees, outros co-autores são a bolsista de pa³s-doutorado Alison Inglis e a estudante Masami Hazu. A pesquisa utilizou o Caltech High Performance Computing Center e o Caltech Cryo-EM Facility. O trabalho foi financiado pelo Heritage Medical Research Institute, a Kinship Foundation, a Pew-Stewart Foundation e o Instituto Nacional de Ciências Manãdicas Gerais dos Institutos Nacionais de Saúde.