Nuclear Slalom: A Corrida da Importina

Uma homenagem a Horace Goes Skiing (William Tang, Beam Software, 1983), feito em Melbourne, em que o Horace atravessava uma estrada movimentada para alugar os esquis e depois se atirava a uma pista de slalom. Aqui a estrada é o citoplasma, com dois ecrãs de largura, e o trânsito é o da própria célula: proteínas motoras a carregar vesículas pelos seus carris, ribossomas, mitocôndrias, proteassomas e, mais adiante, vírus. A pista de esqui desce por um poro nuclear até ao núcleo, e o teleférico leva-o de volta lá acima. Há quatro encomendas, cada uma com uma carga diferente e uma maneira diferente de entrar, e o que cada carga faz muda o resto do jogo.

A ciência

• O jogador é a importina β, um estafeta que leva proteínas para dentro do núcleo. É uma cadeia comprida e enrolada de cerca de 19 repetições HEAT, cada uma um par de hélices, e é assim que o jogo a desenha.
• A importina α é o adaptador. Muitas cargas trazem um pequeno “código postal”, um sinal de localização nuclear (NLS). O primeiro a ser descoberto foi PKKKRKV, no antigénio T grande do SV40. A importina α lê-o com um crescente de dez repetições armadillo (ARM), de três hélices cada; o NLS fica deitado ao longo do sulco do lado de dentro da curva (as hélices douradas no jogo mostram onde se liga cada carga). A outra ponta, o domínio IBB, estende-se até à importina β.
• Importinas α diferentes para trabalhos diferentes. Os seres humanos têm várias importinas α, com nomes famosamente baralhados (a importina α1 é feita pelo gene KPNA2, a α3 pelo KPNA4, a α5 pelo KPNA1). Algumas cargas preferem uma delas, por isso no jogo é preciso escolher:
  • uma proteína ribossómica não precisa de adaptador: a importina β agarra-a directamente (Jäkel e Görlich, 1998). Os ribossomas, com cerca de 80 proteínas cada, são montados no nucléolo. No jogo, mais ribossomas querem dizer uma importina β nova: uma vida extra;
  • a SOX2, um factor pioneiro capaz de abrir a cromatina bem compactada e que mantém activas as células estaminais neurais, tem dois NLS que, juntos, ocupam nove das dez repetições ARM da importina α3, o que explica porque prefere a α3 (Jagga et al., 2021). No jogo abre a cromatina, e a pista fica mais desimpedida;
  • a proteína W do vírus Hendra liga-se à importina α3 por uma superfície maior e mais de 50 vezes mais fortemente do que à importina α1 (Smith et al., 2018; veja também a página da estrutura). Já no núcleo, a W bloqueia os sinais que ligam o interferão, o alarme antiviral da célula (Shaw et al., 2005). No jogo o alarme desliga-se e os vírus multiplicam-se;
  • a STAT1 é activada quando o interferão das células vizinhas chega ao receptor da célula e as cinases JAK lhe juntam fosfatos. Duas STAT1 fosforiladas juntam-se e são levadas para dentro pela importina α5, não pela importina α1 (Sekimoto et al., 1997), através de um sinal invulgar perto do fim das repetições ARM. Lá dentro, ligam os genes estimulados pelo interferão. As proteínas W dos henipavírus também se ligam à STAT1 e prendem-na no núcleo (Shaw et al., 2004): são as coisas vermelhas e espinhosas da última descida.
• O poro. Um complexo do poro nuclear é um anel de cerca de 1000 moléculas de proteína de cerca de 30 tipos de nucleoporina, com cerca de 120 MDa, encaixado na membrana dupla do invólucro nuclear. O canal está cheio de repetições FG moles (fenilalanina–glicina) que não deixam passar moléculas grandes a menos que uma importina as leve: a importina liga-se às repetições FG enquanto desliza (as bandeiras FG do jogo). Cada poro aguenta até 1000 passagens por segundo.
• O que o torna num sentido único: a Ran. Dentro do núcleo, a RCC1, sentada na cromatina, carrega a pequena proteína Ran com GTP. A RanGTP agarra a importina β logo à entrada do cesto do poro e fá-la largar a carga. A importina β volta a sair com a RanGTP, e a importina α com o seu próprio exportador, a CAS (exportina 2). Do lado do citoplasma, a RanGAP, presa aos filamentos do poro pela RanBP2, faz a Ran gastar o seu GTP, o que liberta as importinas para outra viagem, e a NTF2 leva a RanGDP de volta para dentro. É esse o teleférico.
• Mais histórias de importinas, dos nossos artigos com o grupo de Jade Forwood na Charles Sturt University: a ORF4b do coronavírus MERS liga-se à importina α de uma maneira invulgar, mesmo onde se ligaria o NF-κB, outro sinal de alarme (Munasinghe et al., 2022); juntar um fosfato ao lado do NLS de uma proteína do citomegalovírus, a UL44, faz com que se ligue à importina α dez vezes menos fortemente (Cross et al., 2024); e a cápside do vírus da doença do bico e das penas tem um braço que a encaminha para o núcleo (página da estrutura).
• Um Prémio Nobel. Günter Blobel recebeu o Prémio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 1999 por descobrir que as proteínas trazem sinais que as mandam para o sítio certo da célula.

Onde o jogo faz um bocadinho de batota

• As proteínas não andam, não esquiam nem usam gorros de lã. Tudo numa célula se desloca por difusão, aos encontrões ao acaso, e atravessar um poro leva uma pequeníssima fracção de segundo, não uma pista de esqui inteira.
• O citoplasma está mesmo apinhado (aglomeração macromolecular), mas as proteínas motoras não atropelam ninguém. As regras de trânsito são puro Horace.
• A célula não “escolhe” uma importina α: cada carga liga-se simplesmente melhor às que servem ao seu sinal, e muitas cargas podem usar várias. As proteínas ribossómicas também podem viajar com outras importinas, como a transportina.
• A RanGTP faz largar a carga no cesto, e depois a carga segue sozinha até ao ADN. O jogo empresta-lhe os esquis para esse último bocado.
• Uma só SOX2 não abre toda a cromatina do núcleo: os factores pioneiros abrem sítios concretos. Uma pista mais desimpedida é a maneira de o jogo dizer obrigado.
• A Hsp70 é uma chaperona que ajuda as proteínas a dobrar-se e a voltar a dobrar-se, não uma ambulância. A ambulância do Horace custava-lhe dinheiro; aqui custa uma vida.
• Não há teleférico nenhum. As importinas voltam a sair pelos poros por onde entraram, e o gradiente da Ran, GTP lá dentro e GDP cá fora, mantém o trânsito a correr no sentido certo.