Nova técnica proteômica revela segredos do desenvolvimento de dendritos

A tecnologia NeuroOmics permite que os pesquisadores rotulem e capturem proteínas da superfície celular em tecidos vivos intactos, abrindo oportunidades para entender interações celulares complexas e futuros alvos de drogas.

As células de Purkinje são grandes neurônios que se formam no cerebelo, a pequena porção compacta do cérebro atrás do cérebro. Árvores dendríticas intrincadas se estendem de cada célula, formando um padrão de ramificação enrolado que se assemelha a um leque de mar. A disfunção das células de Purkinje tem sido associada a sintomas neurológicos, como tremores, movimentos musculares irregulares e hiperreatividade.

Os elaborados dendritos das células de Purkinje desempenham um papel integral na comunicação neuronal, recebendo e integrando impulsos sinápticos que são coordenados por proteínas espalhadas pela superfície da célula. Apesar desse papel integral na computação neural, a compreensão do desenvolvimento desses elaborados dendritos permanece indefinida. Um estudo publicado online na edição de outubro da Neurônio aplica uma nova tecnologia para perfilar as proteínas presentes na superfície das células de Purkinje para obter uma melhor compreensão de seu papel no desenvolvimento de dendritos e na comunicação neuronal.

As proteínas da superfície celular se destacam membrana celular, como antenas em um prédio. Ao se projetar no ambiente circundante, as proteínas desempenham um papel crítico na comunicação intercelular, como as interações altamente orquestradas entre os diferentes tipos de células nos sistemas nervosos dos mamíferos. A maioria das técnicas para estudar essas proteínas são incapazes de quantificar e perfilar as proteínas no mosaico de diversos tipos de células do cérebro de mamíferos.

“As proteínas da superfície celular são como pequenas máquinas na superfície externa das células que mediam a comunicação entre diferentes tipos de células”, disse o autor principal do estudo, Andrew Shuster, pós-doutorando na Universidade de Harvard e ex-membro do laboratório Luo. “Estávamos interessados ​​em desenvolver um método para perfilar toda a camada de proteínas de superfície celular em tecido saudável que não foi acessível por outros métodos.”

A nova tecnologia, chamada extração de proteínas de superfície celular in situ por rotulagem extracelular (iPEEL), permite a rotulagem precisa de proteínas de superfície que se estendem da superfície celular. O iPEEL é um produto da Iniciativa Neuro-ômica do Wu Tsai Neurosciences Institute, que visa desenvolver ferramentas para mapear a expressão de genes e proteínas no sistema nervoso, bem como padrões de conexão neuronal.

“Iniciamos esse empreendimento junto com alguns laboratórios de Stanford, emprestando e estendendo a tecnologia desenvolvida para culturas de células“, disse o autor sênior do estudo, Liqun Luo, professor de Ann e Bill Swindells na Universidade de Stanford e investigador do Howard Hughes Medical Institute. sistemas e muitas aplicações diferentes para estudar o desenvolvimento de células e doenças.”

Até o momento, o complemento completo de proteínas da superfície celular não havia sido descrito para nenhum tipo de célula em tecido de mamífero saudável. Luo e sua equipe aplicaram a tecnologia em células de Purkinje obtidas de tecidos transgênicos de camundongos. Usando o iPEEL, eles marcaram e traçaram o perfil das proteínas que revestem a superfície das células de Purkinje em desenvolvimento (15 dias) e maduras (35 dias). O objetivo era determinar como a composição das proteínas de superfície muda com a idade e explorar sua função.

Eles identificaram um subconjunto de proteínas enriquecidas em células jovens de Purkinje que podem estar envolvidas no crescimento e ramificação dos dendritos. Trabalhos posteriores avaliando as funções dessas proteínas as trouxeram para a proteína 4 (Armh4) contendo domínio helicoidal do tipo Armadillo, uma proteína sem função conhecida no sistema nervoso.

Eles descobriram que Armh4 realmente desempenha um papel crítico no processo pelo qual os neurônios em desenvolvimento produzem seus elaborados dendritos. Ao interromper a proteína Armh4 por perda de função ou superexpressão, os pesquisadores conseguiram prejudicar a forma e o desenvolvimento dos ramos dendríticos. Algumas de suas descobertas também sugerem que Armh4 afeta a formação de sinapses e pode ser uma ligação entre a sinaptogênese e a morfologia dos dendritos.

“As proteínas da superfície celular têm funções importantes para muitos tipos de células que os biólogos acharão excitantes”, disse Shuster. “[Armh4] é expressa em muitos tipos de células em todo o sistema nervoso. Estudando isso proteína irá elucidar o seu papel nas funções reguladoras e proporcionar uma oportunidade para compreender as vias que regula.”

Seu trabalho também revelou que muitas das mesmas proteínas sinápticas e de canal estavam ativas tanto em células em desenvolvimento quanto em células maduras, sugerindo que o envolvimento ativo da sinalização elétrica e sináptica era possível antes mesmo que os circuitos neurais maduros tivessem sido estabelecidos. Esta descoberta expande a compreensão de como a superfície neuronal evolui à medida que a célula amadurece.

Além de identificar o complemento completo de proteínas de superfície celular para tecidos de mamíferos, essa tecnologia fornece uma nova plataforma para explorar o desenvolvimento de medicamentos. Hoje, muitos medicamentos têm como alvo essas proteínas para tratar doenças. O iPEEL abre oportunidades para identificar novos alvos de drogas.

“Podemos mapear todo o proteoma da superfície celular para uma variedade de células”, disse Luo. “Esta tecnologia permitirá que os pesquisadores estudem diferentes modelos animais para explorar caminhos terapêuticos para tratar doenças e encontrar novos alvos de drogas que podem ajudar tecidos doentes”.