Da esquerda para a direita: Liliana Bento-Lopes, Cristina Escrevente, Duarte Barral
Esta investigação, no âmbito do projeto Horizon 2020 Twinning LYSOCIL, foi publicada no Journal of Cell Science in Open Access com o título “Rab11 is required for lysosome exocytosis through the interaction with Rab3a, Sec15 and GRAB”. Leia aqui.
Que descobertas os levaram à investigação descrita na vossa publicação?
Os lisossomas há muito são considerados o compartimento usado pelas células para descartar os seus resíduos. No entanto, agora sabemos que estes compartimentos intracelulares com propriedades digestivas funcionam como um centro de reciclagem. Os lisossomas também podem-se fundir com a membrana que limita a célula (ou seja, a membrana plasmática), secretando o seu conteúdo para o espaço extracelular, num processo denominado exocitose lisossomal. Este processo é crucial para várias funções celulares, incluindo a reparação da membrana plasmática, que é necessária, por exemplo, para que as células musculares recuperem após o exercício físico.
A exocitose em lisossomas é conhecida por ocorrer em quase todos os tipos de células, mas a maquinaria molecular envolvida neste processo é pouco conhecida. Num estudo anterior, feito em colaboração com o grupo da Dra. Otília Vieira, também do CEDOC, descobrimos que uma proteína chamada Rab3a é necessária para a exocitose do lisossoma e reparação da membrana plasmática (Encarnação et al., J. Cell Biol., 2016). No entanto, outras proteínas da mesma família também se mostraram importantes para a exocitose dos lisossomas e, neste estudo, voltámos a nossa atenção para uma chamada Rab11.
O que estavam a tentar perceber e qual a principal descoberta deste trabalho?
Queremos perceber como a exocitose dos lisossomas é regulada. Os lisossomas contêm enzimas digestivas e a fusão com a membrana plasmática deve ser fortemente regulada, porque neste processo as enzimas são libertadas da célula.
Neste estudo, descobrimos novos reguladores da exocitose do lisossoma, nomeadamente Rab11 e outras moléculas que com ele interagem, estabelecendo uma cascata que liga Rab11 a Rab3a, uma molécula previamente descrita por nós para regular este processo.
Imagem ao vivo de linhas de células humanas mostrando co-localização de Rab11 - fundido com proteína fluorescente verde (GFP) - e o lisossoma - em coloração fluorescente vermelha. Os direitos autorais da imagem pertencem ao Journal of Cell Science
Porque é que isso é importante?
Ao descrever o papel de Rab11 e proteínas associadas na exocitose lisossomal, estamos um passo mais perto de compreender de forma mais abrangente como as células regulam um processo tão importante para a sua manutenção e sobrevivência.
A exocitose em lisossomas é particularmente importante para a repação da membrana plasmática em tecidos suscetíveis a stress mecânico ou isquémico, como músculo esquelético e cardíaco. A fusão dos lisossomas com a membrana plasmática também leva à liberação de enzimas digestivas e esse processo pode ser subvertido pelas células cancerígenas para invadir os tecidos adjacentes e formar metástases.
Caracterizar a maquinaria molecular que regula a exocitose dos lisossomas pode ajudar a identificar novos alvos terapêuticos para várias doenças, como distrofia muscular e miopatias, além do cancro.
Podem usar uma analogia para nos ajudar a entender o vosso trabalho?
Se cortarmos a nossa pele, sangramos. Mas o sangramento é rapidamente estancado pela coagulação sanguínea mediada pelas plaquetas. Os lisossomas comportam-se mais ou menos assim. Eles podem sentir um vazamento na membrana limitante das células e mover-se rapidamente para o local onde a membrana está danificada, para interromper o vazamento. Portanto, é muito importante entender como este processo é regulado, não apenas para modulá-lo no caso de danos à membrana, mas também entender como as células cancerígenas subvertem este mecanismo a seu favor e como a exocitose lisossomal pode estar envolvida em distúrbios musculoesqueléticos.
Que perguntas ainda precisam ser feitas?
Este trabalho fornece evidências de que a Rab11 é um regulador chave da exocitose lisossomal, juntamente com outros parceiros de interação. Mas poderemos usar este conhecimento para modular a exocitose dos lisossomas e controlar a invasão das células cancerígenas e a progressão tumoral? Poderemos usar este conhecimento para melhorar a reparação da membrana plasmática no caso de doenças musculoesqueléticas? Ainda temos muito mais a entender sobre os vários papéis dos lisossomas e como eles são importantes na fisiologia celular e em várias patologias.
Mecanismo proposto para o papel de Rab11 na exocitose de lisossoma desencadeada por Ca2 +. Rab11 liga-se diretamente a Sec15, uma subunidade do complexo exocisto. Sec15 pode funcionar independentemente do complexo exocisto, facilitando o transporte de vesículas Rab11-positivas ao longo do citoesqueleto de actina por meio da interação com miosina V (não mostrado). As vesículas positivas para Rab11 são derivadas do compartimento de reciclagem endocítica (ERC) ou do Golgi (vesículas pós-Golgi). As vesículas positivas para Rab11 interagem com os lisossomas positivos para Rab3a, possivelmente para entregar proteínas de carga necessárias para a exocitose dos lisossomas, por exemplo, GRAB. Nossa hipótese é que GRAB medeia a interação entre Rab11 e Rab3a. GRAB poderia então catalisar a conversão de Rab3a de um estado ligado a GDP para GTP, ativando-o, o que recruta NMIIA e Slp-4a, permitindo o posicionamento correto dos lisossomas antes da exocitose dos lisossomas. Os direitos autorais da imagem pertencem ao Journal of Cell Science