Regulation of the human voltage-gated proton channel by membrane sterols

Dentro das paredes de cada célula humana reside uma barreira fluida e fina que separa o mundo interior do exterior. Esta membrana não é apenas um invólucro passivo; é uma paisagem dinâmica construída em grande parte por gorduras e um tipo específico de molécula chamada colesterol. O colesterol atua como um endurecedor estrutural, mantendo a membrana estável, ao mesmo tempo que atua como um interruptor que pode ligar ou desligar a função de certas proteínas. Entre estas proteínas estão os canais iônicos, que são pequenas portas que permitem que partículas carregadas fluam para dentro e para fora da célula. Um desses portões é o canal de prótons dependente de voltagem humano, uma porta especializada que se abre apenas quando a carga elétrica através da membrana muda, permitindo a passagem de prótons. Este canal é vital para a saúde de muitas células, incluindo as do coração, do céreão e do sistema imunológico, porque ajuda a manter o delicado equilíbrio de acidez dentro da célula. Compreender como o colesterol interage com este canal é crucial, pois revela como o ambiente da célula controla diretamente as suas funções elétricas mais básicas.

Em trabalhos anteriores, os cientistas descobriram que o colesterol não se limita a sentar-se passivamente ao lado deste canal de prótons; ele o inibe ativamente. Quando o colesterol está presente, altera a forma de uma parte específica do canal, conhecida como segmento S4, que atua como o sensor de voltagem elétrica. Esta alteração de forma torna mais difícil a abertura do canal. No entanto, o mecanismo exato de como o colesterol encontra este canal e quais partes da proteína estão envolvidas permanecia incerto. Para resolver isto, os investigadores voltaram a sua atenção para o desmosterol, uma molécula que é o precursor imediato do colesterol. Eles queriam ver se este precursor se comportava da mesma forma que o colesterol ou se agia de forma diferente, o que ajudaria a identificar as interações químicas específicas em jogo.

A equipa começou por testar como o desmosterol afetava o canal. Descobriram que, embora o colesterol inibisse fortemente o canal, o desmosterol reduzia significamente este efeito inibitório. Para compreender o porquê, utilizaram uma técnica chamada Transferência de Energia de Ressonância de Fluorescência de molécula única, que permite aos cientistas observar os minúsculos movimentos de partes individuais de proteínas em tempo real. Observaram que o desmosterol encorajava o sensor S4 a permanecer numa posição intermédia ou aberta, contrariando eficazmente o efeito de endurecimento do colesterol. Isto sugeriu que a subtil diferença na estrutura química entre o colesterol e o desmosterol era suficiente para mudar a forma como o canal se movia.

Para encontrar exatamente onde estas moléculas se ligam, os investigadores alteraram blocos de construção específicos, ou resíduos, dentro da estrutura do canal. Criaram uma versão do canal onde um componente único, uma molécula chamada Y141 no segmento S2, foi alterado. Nesta versão alterada, o efeito inibitório do colesterol diminuiu quase três vezes. Quando observaram este canal mutado com a mesma técnica baseada em luz, viram que o sensor S4 era naturalmente mais propenso a adotar a forma intermédia, mesmo sem o desmosterol. Isto confirmou que o Y141 é um ponto crítico onde o colesterol exerce a sua influência.

Investigações adicionais utilizando simulações de computador para modelar como as moléculas se encaixam revelaram que o colesterol não se liga apenas a um pequeno bolso isolado. Em vez disso, as simulações mostraram que o canal tem múltiplos pontos de contacto espalhados pelo seu domínio transmembranar, a secção que se situa dentro da membrana gordurosa. Esta rede de interações distribuídas explica como o colesterol pode regular eficazmente a forma do canal. O estudo conclui que a conversão de desmosterol em colesterol, um processo realizado por uma enzima chamada DHCR24, não é apenas um passo na fabricação de um componente da membrana, mas um interruptor direto que controla o equilíbrio do pH dentro das células. Este mecanismo desempenha provavelmente um papel significativo na forma como as células imunitárias, as células musculares cardíacas e as células cerebrais gerem a sua acidez interna, ligando a química das gorduras da membrana diretamente à saúde elétrica e química do corpo.