Estudo descobre que o transporte de mRNAs em axônios junto com vesículas lisossômicas previne a degeneração do axônio

Os grânulos de RNA, locais para armazenamento, transporte e regulação de moléculas de RNA dentro das células, são transportados ao longo dos axônios e depois traduzidos localmente, longe do corpo celular. Estudos recentes sugerem que esses grânulos podem “pegar carona” nas vesículas relacionadas aos lisossomos, estruturas ligadas à membrana nas células que compartilham características comuns com os lisossomos.

Pesquisadores dos Institutos Nacionais de Saúde decidiram recentemente investigar mais a fundo o transporte de grânulos de RNA ao longo das vesículas lisossômicas, usando uma técnica que impede o transporte dessas vesículas.

Suas descobertas, publicadas em Neurociência da Naturezaconfirmaram que um grande grupo de mensageiros de RNA é transportado para o axônio em conjunto com vesículas lisossômicas, permitindo a tradução local para longe do soma ou do corpo celular (isto é, a parte primária de um neurônio).

“Em pesquisas anteriores, nosso laboratório identificou um complexo de múltiplas subunidades chamado BORC, que liga os lisossomos aos motores de cinesina, permitindo seu movimento ao longo dos trilhos dos microtúbulos em direção à periferia celular”, disse Juan Bonifacino, coautor do artigo, ao Medical Xpress.

“Consistente com esse papel, as mutações nas subunidades BORC, tanto em camundongos quanto em humanos, dificultam o transporte de vesículas lisossômicas do corpo neuronal para o axônio. Essa interrupção leva à distrofia e degeneração axonal, resultando em deficiências neurológicas graves”.

Para realizar as suas experiências, Bonifacino e os seus colaboradores aproveitaram a capacidade de interromper o transporte de vesículas lisossómicas para os axónios, eliminando subunidades do complexo relacionado com o BLOC-one (BORC) descoberto nos seus estudos anteriores. Em última análise, este método permitiu-lhes explorar o mecanismo através do qual a falta de transporte de vesículas lisossomais compromete a saúde axonal.

“Ficamos particularmente intrigados com a possibilidade de que a subunidade KO do BORC impedisse o transporte axonal não apenas de vesículas lisossômicas, mas também de grânulos de RNA que normalmente pegam carona nessas vesículas, como mostrado pelos laboratórios de nossos colegas Michael Ward (NINDS, NIH) e Jennifer Lippincott-Schwartz (HHMI-Janelia)”, disse Bonifacino.

Para testar a hipótese de que o KO das subunidades BORC impede indiretamente o transporte de alguns mRNAs para os axônios, os pesquisadores usaram uma variedade de técnicas experimentais avançadas. Primeiro, utilizaram neurónios humanos derivados de células estaminais pluripotentes induzidas (iPSCs), que são fáceis de manipular em laboratório, para silenciar ou induzir a expressão de genes específicos.

Eles então usaram um novo dispositivo microfluídico desenvolvido nos Institutos Nacionais de Saúde, que pode ser usado para isolar quantidades suficientes de material axonal para realizar sequenciamento de RNA (RNA-Seq) e análises bioquímicas. Finalmente, eles monitoraram o transporte de mRNAs específicos marcados com fluorescência usando técnicas de imagem ao vivo e usaram vários métodos experimentais para examinar a estrutura e a função das mitocôndrias.

“Nossos experimentos revelaram que um grande grupo de mRNAs é transportado para o axônio em conjunto com vesículas lisossômicas, permitindo a tradução local longe do soma”, explicou Bonifacino. “Os RNAs mensageiros que codificam proteínas mitocondriais e ribossômicas são particularmente abundantes nesta coorte.

“Os mRNAs relacionados às mitocôndrias desempenham um papel crucial na manutenção da aptidão mitocondrial, incluindo a manutenção da integridade do sistema de fosforilação oxidativa e do potencial de membrana, e a prevenção da mitofagia excessiva. Consequentemente, essa manutenção contribui para a preservação da saúde axonal. O nocaute da subunidade BORC interrompe isso. processo, levando à distrofia e degeneração axonal.”

O recente estudo de Bonifacino e seus colaboradores demonstrou que o transporte de mRNA em vesículas relacionadas ao lisossomo contribui para a manutenção da homeostase axonal e o comprometimento desse transporte causa degeneração axonal.

O mecanismo recentemente descoberto de degeneração axonal em neurônios BORC-subunidade-KO pode estar relacionado à neurodegeneração associada a vários distúrbios, incluindo a doença de Alzheimer e a doença de Parkinson, que têm sido associadas a deficiências na fosforilação oxidativa mitocondrial em algum estágio de sua progressão.

“Planejamos agora continuar nossos estudos sobre como os defeitos no transporte axonal de vesículas lisossômicas e mRNAs contribuem para a patogênese de vários distúrbios de desenvolvimento e neurodegenerativos”, acrescentou Bonifacino. “Em particular, a capacidade de isolar axônios puros usando nossos dispositivos microfluídicos permitirá análises mais abrangentes da composição e função axonal.”

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