Granulele de stres ca potențiali biomarkeri pentru bolile neurodegenerative

Celulele eucariote funcționează printr-o organizare precisă a compartimentelor și proceselor biologice, esențială pentru menținerea homeostaziei și răspunsului la stres. Pe lângă organitele clasice delimitate de membrane, există organite fără membrană (MLOs), structuri formate prin separare de fază lichid–lichid (LLPS), care includ granulele de stres (SGs). Aceste structuri joacă un rol crucial în reglarea metabolismului ARN și a mecanismelor de răspuns celular la stres. Studiul publicat în Protein & Cell analizează modul în care SGs interacționează cu alte organite și impactul lor în diverse patologii, inclusiv în bolile neurodegenerative.
Granulele de stres sunt granule ribonucleoproteice (RNPs) formate prin interacțiuni ARN-proteină și proteină-proteină. Ele se asamblează dinamic în citoplasmă ca răspuns la stres și sunt asociate cu inhibarea traducerii. SGs sunt implicate în multiple procese biologice, cum ar fi infecțiile microbiene, apoptoza și dezvoltarea tumorilor, dar sunt în special relevante pentru bolile neurodegenerative, cum ar fi boala Alzheimer, scleroza laterală amiotrofică (SLA), demența frontotemporală (DFT) și boala Parkinson.

Studiul cercetătorilor de la Centrul de Științe a Sănătății al Universității din Peking investighează interacțiunile SGs cu alte organite și impactul lor asupra sănătății și bolilor. Se abordează:

• Formarea SGs prin separare de fază și modul în care acestea interacționează cu alte organite fără membrană (PBs, nucleoli, corpuri PML) și organite delimitate de membrane (lizozomi, reticul endoplasmatic, mitocondrii, complexul Golgi).
• Rolul SGs în neurodegenerare, prin acumularea de proteine agregate, cum ar fi TDP-43 și FUS, implicate în SLA și DFT.
• Tehnicile utilizate pentru analiza interacțiunilor SGs cu alte organite, incluzând fracționarea biochimică, etichetarea de proximitate și spectrometria de masă.

Rezultate

Interacțiunea granulelor de stres cu alte organite

1. Organite fără membrană

• Corpurile de procesare (PBs): SGs și PBs interacționează fizic, facilitând degradarea ARNm și reglarea traducerii. Proteine precum TTP și CPEB1 modulează fuziunea SGs-PBs.
• Paraspeckles: SGs pot influența formarea paraspeckle-urilor, organite nucleare implicate în sechestrarea ARN în condiții de stres.
• Nucleoli: SGs sunt corelate cu dinamica nucleolară și pot fi afectate de mutatii în gene asociate cu SLA, precum C9orf72.
• Corpurile PML: Modificările SUMOilării proteinelor PML afectează dinamica SGs, influențând procese de eliminare a proteinelor malformate.

2. Organite delimitate de membrane

• Lizozomi: SGs pot interacționa cu membranele lizozomale, afectând degradarea proteinelor și autofagia.
• Reticul endoplasmatic (RE): SGs pot fi influențate de stresul RE, facilitând răspunsul celular la disfuncții de homeostazie proteică.
• Mitocondrii: SGs influențează β-oxidarea acizilor grași și pot afecta canalele VDACs implicate în metabolismul energetic.
• Complexul Golgi: Componentele Golgi precum PARP12 și GM130 pot fi recrutate în SGs în timpul stresului, afectând traficul membranar.

3. Citoschelet și transport celular

• SGs sunt influențate de microtubuli și actină, iar proteine motorii, precum Dineina și Kinesina, sunt implicate în transportul și dinamica SGs.

Implicații în bolile neurodegenerative

SGs sunt strâns legate de agregatele proteice patologice observate în boli neurodegenerative. Proteinele precum TDP-43, FUS, Tau și Huntingtin pot forma agregate colocalizate cu SGs, afectând homeostazia proteică și funcțiile neuronale. În SLA și DFT, mutațiile în TDP-43 și FUS compromit dinamica SGs, favorizând acumularea de proteine malformate.

Studiul sugerează că țintirea SGs și a proteinelor asociate ar putea constitui o strategie terapeutică pentru neurodegenerare. Intervențiile posibile includ modularea formării și disocierii SGs, precum și inhibarea interacțiunilor toxice cu alte organite.

Metode utilizate pentru analiza SGs și a interacțiunilor cu organitele

Pentru identificarea componentelor SGs și a interacțiunilor lor cu alte organite, sunt utilizate diverse metode avansate:

• Fracționare biochimică: Separarea SGs prin centrifugare în gradient de densitate și purificare prin afinitate (G3BP1-GFP).
• Etichetare de proximitate: Sisteme precum APEX2, BioID și TurboID permit identificarea proteinelor asociate cu SGs.
• Spectrometrie de masă (MS): Analiza proteomică a SGs și a altor MLOs prin MS combinată cu fracționare biochimică.
• Imunofluorescență și microscopie de super-rezoluție: Examinarea colocalizării SGs cu alte organite.
• Screening genetic CRISPR-Cas9: Identificarea genelor care reglează formarea și disocierea SGs.
• Screening farmacologic: Identificarea compușilor care influențează dinamica SGs, cum ar fi inhibitorii kinazei DYRK3.

Concluzii și perspective viitoare

Acest studiu subliniază complexitatea interacțiunilor dintre SGs și alte organite și rolul lor esențial în răspunsul celular la stres și în bolile neurodegenerative. SGs acționează ca stații de triere pentru proteine și ARN, având un impact major asupra metabolismului celular.  

Direcții viitoare de cercetare:

• Investigarea modului în care alterările SGs contribuie la neurodegenerare.
• Dezvoltarea unor strategii terapeutice pentru a modula SGs și interacțiunile lor cu alte organite.
• Utilizarea microscopiei avansate și etichetării de proximitate pentru a detalia interacțiunile SGs cu alte compartimente celulare.
• Studierea potențialului SGs de a servi drept biomarkeri pentru diagnostic precoce în bolile neurodegenerative.

Prin înțelegerea mecanismelor de asociere dintre SGs și alte organite, acest domeniu deschide noi perspective asupra modului în care celulele răspund la stres și cum aceste răspunsuri pot fi exploatate terapeutic.