O formato curvo de uma banana pode nos dar pistas sobre o câncer? O que o formato de um grão de arroz tem a ver com infertilidade? As proteínas que conferem forma e estrutura às plantas também estão envolvidas em doenças humanas. Uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade da Califórnia, Davis mapeou com grande detalhamento a estrutura de um componente fundamental, a augmina. "Este trabalho mostra como plantas e animais são semelhantes", disse Jawdat Al-Bassam, professor de biologia molecular e celular na UC Davis. "Ele pode ajudar a responder a algumas questões fundamentais, não apenas sobre plantas, mas também sobre os seres humanos."
A augmina é um complexo proteico que se liga aos microtúbulos, o esqueleto interno da célula, auxiliando na formação de microtúbulos ramificados e desempenhando um papel essencial na divisão celular. Defeitos na augmina podem causar infertilidade em humanos. Além disso, "algumas subunidades da augmina são altamente expressas in células cancerígenas humanas", disse Bo Liu, professor de biologia vegetal que colaborou com Al-Bassam no novo estudo. Compreender sua estrutura pode levar tanto a novos tratamentos médicos quanto a novas estratégias para o desenvolvimento de variedades de arroz e de algodão de maior qualidade.
Uma surpresa nas plantas
Dentro das células de todas as plantas e de todos os animais existe um esqueleto capaz de mudar de forma. Esse esqueleto dinâmico pode fazer com que as células se expandam, se estiquem ou se dobrem — moldando as formas gerais de morangos volumosos, pepinos curvos e das longas e finas células nervosas que conectam nosso cérebro aos pés.
Quando uma célula se divide, seu esqueleto proteico desenvolve longos "braços" que se estendem e agarram os cromossomos que contêm o DNA. Em seguida, esses braços se encurtam — separando os cromossomos — garantindo que cada célula-filha receba um conjunto completo de genes. O esqueleto celular é formado por pequenos blocos proteicos chamados tubulina. As moléculas de tubulina se unem, formando bastões ocos chamados microtúbulos. Esses microtúbulos formam os braços de uma estrutura maior chamada fuso, que separa delicadamente os cromossomos quando a célula se divide. Em 2007, cientistas descobriram que células animais não conseguiam formar um fuso funcional se lhes faltasse a augmina. Sem ele, os microtúbulos não conseguiam formar ramificações, os braços do fuso ficavam fracos e instáveis, e as células frequentemente morriam durante a divisão.
"A maioria das pessoas não pensava que a augmina também estivesse presente nas plantas", disse Liu. Porém, em 2011, ele e seus alunos descobriram um conjunto de oito genes de augmina em Arabidopsis thaliana, uma planta da família da mostarda frequentemente usada em pesquisas genéticas. Esses genes vegetais codificam um complexo proteico cuja estrutura geral é muito semelhante à da augmina humana.
Estruturas celulares, algodão e arroz
Liu descobriu que a augmina das plantas não apenas auxilia na divisão celular, como ocorre nos animais, mas também regula o formato das células vegetais. À medida que uma célula vegetal cresce, uma estrutura de microtúbulos se expande dentro dela. Essa estrutura posiciona enzimas nas bordas em crescimento das células, permitindo que elas ampliem a parede rígida de celulose que envolve as células das plantas. Quando Liu reduziu a produção de augmina em uma célula, essa estrutura tornou-se frágil e desorganizada. "Os microtúbulos orientam o crescimento das células", explicou. Essa estrutura de microtúbulos é essencial para a sobrevivência das plantas; o orizalina, um herbicida do grupo das dinitroanilinas, frequentemente utilizado na agricultura, mata as plantas ao interferir na estrutura de microtúbulos.
Essa estrutura também molda características importantes das plantas cultivadas. O suco das laranjas está contido em células gigantes, cujo grande inchaço é impulsionado por um esqueleto de microtúbulos que se expande em cada célula. O arroz de grão longo deve sua forma às estruturas de microtúbulos que fazem com que as células individuais se alonguem. Isso também é importante no algodão, cujas células de fibra começam do tamanho de uma hemácia e depois se estendem impulsionadas por microtúbulos telescópicos. "É algo realmente impressionante", disse Liu. "Elas se alongam milhares de vezes."
Uma forquilha molecular
Md Ashaduzzaman, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Al-Bassam, resfriou proteínas de augmina de plantas a -196 °C e tirou milhares de imagens em microscópio eletrônico — uma abordagem chamada CryoEM. Ele e Al-Bassam passaram meses reunindo os dados em uma única estrutura. O trabalho deles era semelhante ao de alguém que nunca tivesse visto a Torre Eiffel e tentasse mapear sua estrutura geral juntando milhares de fotos tiradas de muito perto. Finalmente, conseguiram revelar a estrutura misteriosa.
"A augmina acaba parecendo uma forquilha", disse Al-Bassam. He e Ashaduzzaman descobriram como as peças se unem para formar o complexo completo de augmina. Também identificaram as estruturas essenciais que ela utiliza para se ligar aos microtúbulos e formar ramificações. Observar as diferenças sutis entre as versões vegetal e animal da augmina pode melhorar nossa compreensão de como ela funciona em ambos os casos.
Em humanos, níveis alterados de augmina estão associados a pior prognóstico em certos tipos de câncer do fígado, do cérebro e de outros órgãos. Compreender como a augmina funciona — ou deixa de funcionar — pode revelar novas formas de tratar esses cânceres. Também pode ajudar a identificar causas ainda desconhecidas de infertilidade em algumas pessoas. Enquanto isso, entender como a augmina atua nas plantas pode ajudar cientistas a desenvolver novas variedades de culturas economicamente importantes.
Para Al-Bassam, trata-se de um resultado muito gratificante. "Foi um empreendimento muito longo", disse ele. "Foi realmente um trabalho feito com paixão, que exigiu muitas pessoas trabalhando juntas."