Estudo Pioneiro em Alga Verde Unicelular Desvenda a Evolução das Septinas, Proteínas Essenciais para a Arquitetura Celular e Implicações Revolucionárias na Medicina e Biomateriais

Pesquisa do IFSC/USP com a alga *Chlamydomonas reinhardtii* oferece um modelo simplificado e evolutivamente informativo para entender a origem e o funcionamento dessas proteínas essenciais, abrindo novas fronteiras na biomedicina e no desenvolvimento de biomateriais.

Cientistas do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP realizaram um estudo aprofundado sobre a alga verde de água doce *Chlamydomonas reinhardtii*, revelando detalhes cruciais sobre a origem e a evolução das septinas, proteínas fundamentais para o funcionamento das células. Embora mais rudimentares que as encontradas em humanos, as septinas dessa alga fornecem informações valiosas sobre a formação do citoesqueleto, a estrutura de sustentação celular, e podem pavimentar o caminho para avanços significativos em biologia molecular, medicina e desenvolvimento de biomateriais.

A pesquisa, detalhada em um artigo na revista científica *Journal of Molecular Biology*, destaca a presença de um tipo único de septina na *Chlamydomonas reinhardtii*, conhecida como CrSep. Essa singularidade a torna um modelo simplificado e evolutivamente informativo, estabelecendo um elo entre as septinas ancestrais e as formas mais modernas.

O Que São Septinas e Sua Importância Celular

As septinas são reconhecidas como o quarto componente do citoesqueleto, ao lado dos filamentos de actina, microtúbulos e filamentos intermediários, e são amplamente encontradas em animais e fungos. Conforme explica a professora Ana Paula Ulian de Araújo, uma das coordenadoras do estudo, essas proteínas se auto-organizam em filamentos não polares, formando estruturas complexas como feixes e anéis próximos à membrana plasmática.

Suas funções são vastas e essenciais: atuam como barreiras de difusão na membrana celular, criando domínios funcionais e limitando a mobilidade de lípidos e proteínas. Além disso, servem como suporte molecular (scaffold) para recrutar outras proteínas, organizam a arquitetura celular, participam ativamente do tráfego vesicular, remodelação da membrana, polaridade celular, morfogênese e até mesmo no aprisionamento de bactérias invasoras.

A Alga Verde como Chave para o Passado Evolutivo

A escolha da *Chlamydomonas reinhardtii* como organismo modelo não foi aleatória. Trata-se de uma alga verde unicelular amplamente estudada em laboratórios de biologia molecular. A presença de uma única septina nesta alga, em contraste com a diversidade e combinações de septinas em opistocontes (grupo que inclui fungos e humanos), oferece uma janela evolutiva única. A CrSep representa um modelo simplificado para investigar os mecanismos moleculares dessa família de proteínas, permitindo compreender como propriedades fundamentais foram preservadas e especializadas ao longo da diversificação dos eucariotas.

Desvendando os Mecanismos Estruturais da CrSep

O principal objetivo do estudo foi investigar os mecanismos estruturais que permitem à CrSep formar filamentos homopoliméricos, ou seja, compostos por um único tipo de proteína. Para isso, os pesquisadores empregaram uma combinação de métodos avançados, incluindo técnicas biofísicas, computacionais (como modelagem por inteligência artificial *in silico*), biologia molecular e produção proteica. Destacou-se a cristalografia de raios X, que permitiu mapear sete diferentes estados estruturais da proteína em síncrotrons de última geração, como o Sirius no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas, e o Diamond Light Source, no Reino Unido.

A pesquisa revelou que a CrSep possui características estruturais primitivas e únicas. Uma delas é a presença de um resíduo de arginina essencial que funciona como um “dedo de arginina”, acelerando a atividade catalítica da septina – uma característica que difere das septinas humanas, onde essa posição foi substituída por outro aminoácido. Essa diferença pode conferir à CrSep uma maior dinâmica na polimerização e um filamento final potencialmente mais maleável.

Implicações Científicas e Futuras Aplicações

Este trabalho oferece contribuições científicas significativas ao demonstrar como as septinas evoluíram de proteínas sinalizadoras simples para polímeros complexos do citoesqueleto. Pela primeira vez na biologia estrutural de septinas, o estudo revela a utilização de uma estrutura incomum, a hélice de poliprolina tipo 2 (PP2), no suporte e automontagem de filamentos. Essa descoberta expande o conhecimento sobre a flexibilidade e adaptabilidade da arquitetura proteica, ajudando a compreender os determinantes mínimos necessários para que uma proteína polimerize e coordene funções mecânicas e de formação de barreiras nas membranas celulares.

Além da questão evolutiva, as septinas estão ligadas a diversos processos celulares e, em humanos, suas alterações são associadas a doenças como câncer e problemas neurológicos. A compreensão aprofundada de suas origens e mecanismos pode, no futuro, impulsionar o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas e a criação de biomateriais inovadores, inspirados nas complexas estruturas proteicas da natureza.

O estudo foi desenvolvido por pós-graduandos, pesquisadores e docentes do IFSC. A autoria principal do artigo é dividida entre o mestrando Bryan Marquez e o pesquisador Diego Antonio Leonardo, com a coordenação dos professores Richard Charles Garratt e Ana Paula Ulian de Araújo.

Fonte: jornal.usp.br