Cientistas descobrem como mutações afetam o canal de liberação de cálcio e impactam distúrbios musculares

O receptor de rianodina tipo 1 (RyR1) é um importante canal de liberação de cálcio nos músculos esqueléticos, essencial para a contração muscular. Ele medeia a liberação de cálcio do retículo sarcoplasmático, uma organela armazenadora de cálcio nas células musculares, um processo vital para a função muscular.

Mutações no gene RyR1 podem afetar a função do canal de maneiras extremamente contrastantes, levando a doenças musculares graves, como hipertermia maligna (HM) e doença do núcleo central (CCD). A HM é uma doença hereditária que causa febre alta e contraturas musculares em resposta a anestésicos inalatórios em pacientes com variantes de ganho de função do RyR1.

CCD é uma das miopatias hereditárias que leva à fraqueza muscular e miopatia devido a variantes de perda de função do RyR1. Esses efeitos enfatizam o papel crítico do RyR1 e o funcionamento ideal dos canais de cálcio para a saúde muscular.

Embora pesquisas recentes tenham se concentrado na grande região citoplasmática de RyR1, onde muitas mutações associadas a doenças são encontradas, o papel específico do quinto segmento transmembrana (S5) na ativação do canal e na patogênese de doenças musculares não foi bem compreendido. Felizmente, em um novo estudo publicado em 18 de setembro de 2024, em Biologia das Comunicações Pesquisadores do Japão abordaram essa lacuna de conhecimento investigando como mutações no segmento S5 do RyR1 contribuem para MH e CCD.

A equipe de pesquisa composta pelo professor associado Takashi Murayama, pelo professor associado Nagomi Kurebayashi da Universidade Juntendo e pelo professor associado Haruo Ogawa com o aluno de pós-graduação Yuya Otori da Universidade de Kyoto, decidiu desvendar como as mutações S5 levam a distúrbios musculares.

“O segmento S5 é crucial para a formação de poros no canal RyR1. No entanto, encontramos inúmeras mutações associadas a doenças no S5 relatadas na literatura, o que nos motivou a estudar o papel do segmento S5 na regulação do canal RyR1”, explica o Prof. Associado Takashi Murayama.

Pesquisadores utilizaram células HEK293 (uma linhagem de células renais embrionárias humanas comumente usada) projetadas para expressar proteínas RyR1 com mutações específicas. Eles mediram a liberação de cálcio induzida por cafeína para avaliar os efeitos das mutações na dinâmica de liberação de cálcio.

Além disso, eles monitoraram os níveis de cálcio citoplasmático e do retículo endoplasmático (RE) em repouso usando Fluo-4 AM (indicador de cálcio verde fluorescente) e R-CEPIA1er (um indicador de cálcio geneticamente codificado), respectivamente. [³H]Ensaios de ligação de Ryanodine foram realizados para avaliar a afinidade de ligação e atividade dos canais RyR1. Além disso, a plataforma de liberação de cálcio induzida por despolarização (DICR) foi usada para avaliar a liberação de cálcio no canal RyR1.

O estudo focou em mutações nas regiões S5 e S5-S6 do RyR1, identificando três mutações ligadas à MH e oito associadas à CCD. Para mutantes MH, eles observaram aumento da sensibilidade à cafeína, níveis elevados de cálcio citoplasmático em repouso e níveis reduzidos de cálcio no ER. Ensaios de ligação de rianodina e DICR confirmaram atividade de canal aumentada. Em contraste, mutantes CCD exibiram um fenótipo de perda de função, marcado por sensibilidade reduzida à cafeína, liberação mínima de cálcio, ligação de rianodina suprimida e DICR reduzido.

Notavelmente, alguns mutantes CCD não apresentaram atividade de canal detectável apesar da expressão confirmada, indicando função de canal gravemente prejudicada. A estrutura do canal RyR1 e as mutações mencionadas podem ser visualizadas em um vídeo criado pelos autores.

Em seguida, os resultados foram interpretados com relação às estruturas do RyR1. Os pesquisadores identificaram diversas interações potenciais entre os resíduos responsáveis ​​pelas mutações associadas à doença e os outros segmentos transmembrana. A importância dessas interações foi validada pela mutação dos parceiros de interação.

O professor associado Haruo Ogawa diz: “Descobrimos um novo mecanismo regulatório do RyR1, no qual o segmento S5 desempenha um papel duplo na ativação do canal, e elucidamos mecanismos moleculares de alterações do canal por mutações associadas a doenças.”

Este estudo esclarece como mutações no S5 impactam a função do canal, melhorando assim a compreensão da sinalização de cálcio na fisiologia muscular. Explicando as potenciais implicações de sua pesquisa atual, os Professores Associados Murayama e Ogawa compartilham, “Nossas descobertas de pesquisa fornecem novos insights para o desenvolvimento de novos medicamentos para curar doenças musculares causadas devido a mutações RyR1.”

Fornecido pelo Centro de Promoção de Pesquisa da Universidade Juntendo