Na biologia, livrar-se de coisas pode ser tão importante quanto fazaª-las. Um acaºmulo de células, protea­nas ou outras moléculas que não são mais necessa¡rias pode causar problemas, então os seres vivos evolua­ram de várias maneiras para limpar a casa.

Um excelente exemplo éo exossomo de RNA. As moléculas de RNA desempenham muitos papanãis nas células. Alguns deles são traduzidos em protea­nas; outros formam a maquinaria de construção de protea­nas de uma canãlula. O exossomo de RNA éuma ma¡quina celular que degrada moléculas de RNA que são defeituosas, prejudiciais ou não mais necessa¡rias. Sem essa microsca³pica Marie Kondo para podar o que não desperta alegria, nossas células se tornariam acumuladoras disfuncionais, incapazes de funcionar.

"As vias de vigila¢ncia e degradação do RNA existem em todas as formas de vida", explica Christopher Lima, presidente do Programa de Biologia Estrutural do Instituto Sloan Kettering. “De bactanãrias a humanos, todos os seres vivos tem mecanismos para monitorar a qualidade do RNA e degrada¡-lo propositalmente”.

Por muito tempo, conta o Dr. Lima, esses caminhos foram considerados, como o trabalho domanãstico, meio chatos. Mas acontece que essas vias de degradação são altamente reguladas e controlam tudo, desde o desenvolvimento embriona¡rio atéa progressão do ciclo celular.

Além disso, erros nessas vias podem levar a muitos tipos de doena§as, do câncer a  neurodegeneração.

Em um novo artigo publicado em 9 de junho de 2022 na Cell , Dr. Lima e M. Rhyan Puno, pa³s-doutorando no laboratório de Lima, apresentam descobertas que ajudam a explicar como o exossomo de RNA localiza o RNA que precisa ser degradado. Com a ajuda da microscopia eletra´nica criogaªnica (crio-EM), um tipo avana§ado de tecnologia de imagem, os cientistas conseguiram decifrar a estrutura de um conjunto de protea­nas chamado Complexo Nuclear Exosome Targeting (NEXT), que éuma parte fundamental da degradação maquinaria.

"Saba­amos que o NEXT tem como alvo e entrega RNA ao exossomo, mas bioquimicamente e estruturalmente, não ta­nhamos ideia de como ele se parece ou como funciona", diz o Dr. Puno.

Agora, com o crio-EM, os cientistas obtiveram as primeiras imagens na­tidas do NEXT ligado ao RNA. Essas imagens, em conjunto com os experimentos bioquímicos e biola³gicos, oferecem dicas sobre como as moléculas de RNA são entregues ao exossomo para destruição.

Va¡rios anos atrás, o Dr. Puno começou a estudar a estrutura do NEXT usando a então abordagem padra£o-ouro da cristalografia de raios-X. Nesse manãtodo, as protea­nas são primeiro transformadas em cristais, com todas as protea­nas alinhadas da mesma maneira. Em seguida, os raios-X são passados ​​atravanãs dos cristais e o padrãode raios-X que atingem um detector pode ser interpretado para determinar a estrutura da protea­na.

Enquanto o Dr. Puno foi capaz de cristalizar a protea­na NEXT, as imagens de difração de raios-X resultantes não foram boas o suficiente para ver detalhes da estrutura.

"Mas então veio a revolução crio-EM", diz ele. "Cryo-EM nos ajudou a visualizar como essa protea­na se parece e como ela se liga a seus substratos de RNA".

O Cryo-EM funciona capturando muitas imagens diferentes de uma amostra congelada, mas não cristalizada, de uma protea­na e, em seguida, usando manãtodos computacionais para alinha¡-las em uma imagem na­tida finalizada.

"a‰ quase como capturar um monte de fotos de um pa¡ssaro em voo", diz o Dr. Lima. "Ha¡ todos os tipos de movimentos confusos e as asas do pa¡ssaro podem parecer embaa§adas. Mas se pudermos encontrar partes da asa em todas essas imagens diferentes, podemos alinhar as imagens para reconstruir a aparaªncia das asas do pa¡ssaro e determinar como elas se parecem. trabalhar."

A partir das imagens crio-EM, os cientistas puderam ver que as protea­nas NEXT formam um da­mero muito flexa­vel oso que significa que duas ca³pias das protea­nas NEXT se unem como uma unidade funcional.

"Isso foi muito, muito intrigante", diz o Dr. Puno, observando que a formação de da­meros não foi visualizada antes para esses tipos de protea­nas.

"A partir de experimentos bioquímicos que realizamos, sabemos que a dimerização éde alguma forma importante para a degradação", continua ele. “Mas ainda éum mistério para noso papel que o da­mero desempenha na orientação do RNA para o exossomo”.

Para ajudar a resolver o mistanãrio, eles esperam capturar o complexo NEXT interagindo em diferentes etapas do processo de degradação e, em seguida, visualizar essas conformações com crio-EM.

Ha¡ grandes apostas envolvidas. Uma indicação de quanto importante éa degradação do RNA vem da longa lista de doenças que resultam de degradação defeituosa ou mal controlada. Talvez o exemplo mais famoso seja a fibrose ca­stica. Nesse caso, o RNA mensageiro que codifica uma protea­na que transporta a­ons atravanãs das membranas celulares édegradado pelas vias de decaimento do RNA. Como resultado, a protea­na não estãopresente nas membranas mucosas dos pulmaµes, o que leva a um acaºmulo de muco e resulta em respiração severamente prejudicada.

"a‰ um exemplo famoso de controle de qualidade de RNA com resultados ruins", diz o Dr. Lima.

Mas defeitos nas vias de degradação do RNA também desempenham um papel em vários tipos de ca¢ncer. De fato, duas das mutações genanãticas que a plataforma de testes genanãticos da MSK, MSK-IMPACT, testa são encontradas em genes relacionados a  via de exossomos de RNA, incluindo uma protea­na em NEXT.

E não éapenas o RNA mensageiro que precisa de um controle de qualidade adequado, explica o Dr. Lima.

"A realidade éque se vocêtem vias de controle de qualidade de RNA defeituosas, seus ribossomos não funcionam, seus RNAs de transferaªncia não funcionam, seus spliceossomos não funcionam." A lista continua e continua.

A amplitude de funções que o RNA desempenha explica por que as vias de degradação de RNA defeituosas podem ter esses efeitos causadores de doenças em cascata.

Dar sentido a esses efeitos exigira¡ uma compreensão mais profunda e extensa não apenas do pra³prio exossomo de RNA, mas também das protea­nas "upstream", como NEXT, que ajudam a vigiar o RNA e decidir quando um RNA édefeituoso ou não émais necessa¡rio.

"O sonho éiniciar a reação de degradação do RNA, colocar a amostra no crio-EM e realmente ver todas as confirmações possa­veis enquanto estãofazendo seu trabalho", diz o Dr. Lima. "Como bia³logos estruturais, queremos ser capazes de ver os processos em ação e depois remonta¡-los."