Os pesquisadores identificam um novo gene envolvido na rara doença de armazenamento lisossômico

Os pesquisadores identificam um novo gene envolvido na rara doença de armazenamento lisossômico

Uma doença rara chamada mucolipidose tipo II faz com que o coração e o abdômen inchem e os ossos se deformem.

A mucolipidose tipo II é um distúrbio de armazenamento lisossomal e causa edema de órgãos internos e displasia esquelética. As crianças diagnosticadas com a doença genética muitas vezes morrem antes de completarem sete anos de idade. Agora, pesquisadores da Universidade de Michigan identificaram um novo gene envolvido na doença: o TMEM251, necessário para o correto funcionamento dos lisossomos.

Os lisossomos são organelas presentes em todas as células do corpo – exceto nos glóbulos vermelhos – responsáveis ​​pela absorção e reciclagem dos resíduos produzidos pelas células. Se o lisossoma não funcionar adequadamente, ele não poderá reciclar esses resíduos e simplesmente os armazenará na organela.

A equipe, liderada por Ming Li, professor assistente de biologia molecular, celular e de desenvolvimento, descobriu que quando o TMEM251 está defeituoso, ele é incapaz de codificar o caminho para as enzimas necessárias para a função correta dos lisossomos se moverem dentro do lisossoma. O estudo foi publicado na Nature Communications.

Os lisossomos contêm cerca de 50 a 60 enzimas que digerem partes celulares desgastadas e resíduos de fora da célula. O lisossoma também recicla estes resíduos – proteínas, ácidos nucleicos, hidratos de carbono e lípidos – de volta a material utilizável. No entanto, para que estas enzimas se movam dentro do lisossoma, necessitam de um sinal denominado via biossintética da manose-6-fosfato, ou M6P.

É como um selo postal. As enzimas devem ter esse sinal para entrar no lisossomo. Se não tiverem M6P, não poderão entrar no lisossoma. “Como resultado, ainda existem lisossomos, mas nenhum deles seria funcional porque não possuem essas enzimas.”

Ming Li, professor assistente de biologia molecular, celular e do desenvolvimento

O laboratório de Li estuda o lisossoma e, em particular, a composição das proteínas da membrana do lisossoma. O lisossoma tem a capacidade de regular as suas próprias proteínas de membrana, desencadeando a quebra destas proteínas através de um processo denominado ubiquitinação. Este processo permite que as proteínas migrem da membrana do lisossomo para a organela e sejam ali decompostas. Os pesquisadores também queriam entender quais genes são responsáveis ​​pela função dos lisossomos e o que acontece quando esses genes são defeituosos.

Para fazer isso, a equipe usou uma tela knockout CRISPR que desligou individualmente cada gene do genoma humano no nível celular. Os pesquisadores puderam então examinar o que acontece no lisossoma em resposta à exclusão de cada gene. Especificamente, os pesquisadores procuraram genes que pudessem ser responsáveis ​​pela degradação do lisossoma.

O experimento rendeu TMEM251.

"Então a questão passou a ser: por que esse gene é tão importante para a saúde humana? E por que é tão importante para a função lisossomal?" Li disse.

O grupo descobriu que o gene TMEM251 codifica uma enzima que ativa o M6P, uma via exigida pela maioria das 50 a 60 enzimas digestivas nos lisossomos. Numa pesquisa bibliográfica, os investigadores também encontraram um artigo de 2021 que descrevia sintomas semelhantes aos da mucolipidose tipo II em humanos, devido a um gene TMEM251 defeituoso.

“Nossa descoberta respondeu ao mecanismo molecular desta nova doença humana”, disse Li.

A proteína codificada pelo gene TMEM251 é necessária para ativar outra enzima chamada GNPT, que catalisa a via M6P. Os pesquisadores também mostraram que o TMEM251 está localizado no aparelho de Golgi, estrutura que forma lisossomos. O fato de as duas enzimas estarem localizadas no Golgi se ajusta à ideia de que as proteínas devem trabalhar juntas para adicionar M6P às enzimas lisossômicas, disse Li. Os pesquisadores chamaram TMEM251 de fator de clivagem e atividade do GNPT (GCAF).

Os pesquisadores então verificaram o que aconteceria se desligassem o gene TMEM251 no peixe-zebra. Ao comparar o peixe-zebra de tipo selvagem com o peixe-zebra cujo gene TMEM251 foi eliminado, os pesquisadores foram capazes de detectar defeitos no abdômen, no desenvolvimento do esqueleto e da cartilagem e no coração do peixe-zebra.

O coautor Xi Yang disse que a equipe também propõe uma estratégia terapêutica para combater a doença em humanos. A terapia, que se encontra numa fase muito inicial, baseia-se na chamada “terapia de substituição enzimática”. Os investigadores mostraram que quando entregaram a enzima contendo a modificação M6P às células deficientes em TMEM251, esta enzima foi capaz de entrar na célula através de um processo chamado endocitose e ser entregue a um lisossoma com defeito.

“Sabemos que a patogênese desta doença vem da falta de um lisossoma funcional”, disse Yang, especialista em pesquisa do laboratório de Li. "Esta célula knockout pode realmente usar essas enzimas funcionais endocitadas para reconstruir seu lisossoma e torná-lo funcional novamente. Você pode corrigir a deficiência, pelo menos no nível celular."

A equipe recebeu recentemente uma bolsa do National Institutes of Health para estudar mais profundamente o gene TMEM251, especificamente como a enzima TMEM251 interage com a enzima GNPT para facilitar a formação de M6P. A equipe também deseja descrever a aparência do TMEM251 em nível estrutural.

Os co-autores do artigo incluem Weichao Zhang, Linchen Yu, Bokai Zhang, Jianchao Zhang, Varsha Venkatarangan, Liang Chen, Sarah Bui e Yanzhuang Wang da UM MCDB. O professor Cunming Duan do MCDB e o pós-doutorado Yingxiang Li ajudaram no trabalho do peixe-zebra. Woo Yung Cho juntou-se à equipe do Núcleo de Microscopia BRCF da UM Medical School. Bala Bharathi Burucula e Jacob Kitzman, do Departamento de Genética Humana da UM Medical School, também contribuíram.

Fonte:

Universidade de Michigan

Referência:

Zhang, W., et al. (2022) GCAF(TMEM251) regula a biogênese do lisossoma através da ativação da via manose-6-fosfato. Comunicação da natureza. doi.org/10.1038/s41467-022-33025-1.

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