Determinação da estrutura in situ de glutaminase filamentosa por crio tomografia eletrônica de lamelas celulares

• Processo: 24/13840-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2024
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Química de Macromoléculas
• Pesquisador responsável: Glaucius Oliva
• Beneficiário: Carlos Fabiano Capato
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/07600-3 - CIBFar - Centro de Inovação em Biodiversidade e Fármacos, AP.CEPID
• Assunto(s): Proteínas Biologia estrutural
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Crio-microscopia eletrônica | filamentos | Proteinas | Biologia Estrutural

Resumo

Células tumorais apresentam vias glicolíticas e glutaminolíticas aumentadas, consumindo glicose e glutamina em taxas aceleradas. A intensificação da via glicolítica, conhecida como efeito Warburg, e da via glutaminolítica fornecem diversos intermediários para diferentes rotas de síntese e são características marcantes da transformação maligna. A glutamina, além de fornecer intermediários biossintéticos para os três principais blocos celulares (aminoácidos, ácidos nucléicos e lipídeos), também fornece energia, glutationa e NADPH para o balanço redox. A glutamina é crucial para manter um ambiente indiferenciado e um fenótipo metastático, com seu metabolismo diretamente ligado à agressividade tumoral. A glutaminase é a principal enzima na via de degradação desse aminoácido em câncer. Diversos níveis de regulação dessa enzima são conhecidos até o momento, incluindo regulação transcricional, pós-traducional (através de modificações covalentes) e alostérica. Nosso grupo determinou a estrutura da glutaminase (em especial a isoforma glutaminase C) por crio-microscopia eletrônica de partículas únicas (Cryo-EM) na presença do ativador fosfato inorgânico (Pi) e mostramos que a mesma forma filamentos alongados compostos de protômeros tetraméricos. Demonstramos por microscopia de fluorescência confocal, eletrônica de transmissão e tomografia em condições criogênicas de lamelas celulares que esses filamentos são formados dentro das mitocôndrias quando as células atingem baixos níveis de glutamina. A estrutura in situ, por promediação de subtomogramas, alcançou uma resolução global máxima de 28 Å. A formação desses filamentos dentro das mitocôndrias as torna mais alongadas (por resistência à fissão) e resistentes à mitofagia. O objetivo deste projeto de pós-doutoramento é avançar no entendimento dos determinantes moleculares da formação desses filamentos, resolvendo a estrutura da glutaminase in situ por Cryo-FIB ET, em resoluções mais altas (> 5 Å), ao mesmo tempo que adquirimos conhecimento técnico experimental em métodos de biologia estrutural de ponta, a serem disponibilizados e realizados no país. Para tanto, contaremos com a colaboração contínua com o grupo do Dr. Simone Mattei, EMBL Heidelberg, na Alemanha. As chances de sucesso dessa proposta são potencializadas pela recente concessão da FAPESP de dois microscópios eletrônicos ao nosso instituto (IFSC/USP), sendo um deles o Aquilos 2 (ThermoFisher Scientific), fundamental para a preparação de crio-lamelas por microscopia luz-eletrônica correlativa.