Biologia

A proteína da hibernação

Plantas e animais têm mecanismos semelhantes de resistência ao frio

Questionando conceitos preestabelecidos, o médico Aníbal Vercesi, da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), aprofundou-se na bioquímica e descobriu em plantas um tipo de proteína que se acreditava pertencer só a animais. Seu trabalho pode abrir caminho para o cultivo de plantas tropicais transgênicas resistentes ao frio, pois, nos animais, a proteína desacopladora ou UcP (uncoupling protein) está ligada à hibernação – o sono letárgico em que sobrevivem sob temperaturas muito baixas. É por causa da UcP que o urso polar consegue manter a temperatura corporal perto de 37 graus Celsius (°C) enquanto hiberna. Ratos mantidos de uma a duas semanas sob temperaturas de 5°C a 10°C também aumentam a produção dessa proteína.

A UcP é produzida no tecido adiposo marrom, gordura que os mamíferos têm no dorso do pescoço ao nascer e que, na maioria, inclusive o ser humano, desaparece aos poucos. Na década de 70, descobriu-se que a função da UcP é produzir calor (termogênese) e concluiu-se que seria uma aquisição evolutiva dos mamíferos como adaptação ao frio. No início dos anos 90, ao estudar a respiração e a conversão de energia em células vegetais, Vercesi encontrou semelhanças nas respirações celulares da batata e do tecido adiposo marrom dos mamíferos. “Como a batata é originária dos Andes, portanto adaptada ao frio, imaginei que fosse uma espécie de urso dos vegetais”, conta o pesquisador. Seu achado contrariava conhecimentos sedimentados, mas Vercesi confirmou que o vegetal continha uma proteína igual à UcP. Depois, o grupo da Unicamp identificou a proteína em tomate, milho, banana, manga, abacaxi, pêssego, laranja, mamão, maçã, abacate e morango.

Ceticismo
Com a colaboração de Hernan Chaimovich e Iolanda Cuccovia, do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (IQ-USP), a proteína vegetal foi testada in vitro e funcionou de modo semelhante à UcP. A equipe decidiu enviar um trabalho para a revista Nature que lhe dedicou uma página em 1995, mas o ceticismo era grande. “Nos congressos de fisiologia de plantas, eu era convidado a participar principalmente para receber críticas”, lembra Vercesi.

Finalmente, o isolamento, em plantas, degenes que codificam a proteína desacopladora – realizado pelo Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética (CBMEG) da Unicamp – confirmou a teoria. De uns anos para cá, pesquisadores japoneses identificaram a proteína no arroz, alemães a encontraram na flor da batata e os australianos em frutas. Hoje, genomas seqüenciados de vegetais reforçam a existência da proteína, chamada de Pump, sigla de plant uncoupling mitochondrial protein – proteína desacopladora mitocondrial de plantas.

É desacopladora por sua capacidade de dissociar dois processos celulares: respiração e fosforilação oxidativa – queé a formação de moléculas de ATP (adenina trifosfato), forma de energia química da célula. A ATP provém da oxidação, processo que ocorre dentro da mitocôndria, organela celular que funciona como estação conversora de energia.

Uma aplicação potencial da Pump é o controle do amadurecimento de frutos, que reduziria perdas. Outra é a produção de plantas alteradas geneticamente para resistir a baixas temperaturas. A equipe do CBMEG já conseguiu produzir variedades transgênicas de tabaco (Nicotiana tabacum) que superexpressam a Pump e crescem mais rapidamente que as plantas normais.

Vercesi estuda o papel da Pump em frutos como o tomate, que pode ilustrar facilmente, pela cor, os passos do amadurecimento. Em cada passo, isolou-se a Pump e comprovou-se que sua atividade aumenta à medida que o tomate amadurece. “Parece que a explosão no consumo de oxigênio que ocorre numa fase do amadurecimento coincide com o aumento da expressão da proteína”, diz ele.
Esse estudo mostrou que, como a UcP nos animais, a Pump precisa de ácidos graxos livres para ser ativada. Enquanto o animal hiberna, além de fornecer substratos para a respiração, os ácidos graxos ativam a UcP. “Por isso é que o urso engorda na primavera e no verão”, diz Vercesi. “Ele precisa de uma reserva de gordura, que será consumida para gerar calor no inverno.” Com o tomate não foi diferente: quando se adicionou albumina de soro bovino (BSA) para reduzir o estoque de ácidos graxos livres, a albumina funcionou como inibidora da Pump.

O grupo descobriu formas diferentes da Pump, assim como já se identificaram cinco variantes da UcP animal – a UcP1, a UcP2 constatada em tecido adiposo branco, a UcP3 em tecido muscular e as UcPs 4 e 5 no cérebro. Em vez de desencadear a termogênese, as variantes teriam papéis reguladores.

Gordos e magros
“A UcP2 do tecido adiposo branco explicaria por que duas pessoas com a mesma ingestão calórica engordam em proporções bem diferentes”, comenta Vercesi. “A pessoa que engorda menos expressa mais a proteína.”

Por meio de comparações, facilitadas pelo seqüenciamento de genomas vegetais, agora se sabe que podem existir pelo menos quatro tipos de Pump. A equipe da Unicamp descobriu três delas na cana-de-açúcar, uma delas similar à UcP4 do cérebro. E aparecem em quantidades diferentes nos órgãos da cana e em idades distintas de cada órgão – sinal de que exercem papéis importantes no desenvolvimento. “Os estudos indicam que a Pump não é funcionalmente semelhante à UcP1, responsável pela termogênese”, conta Vercesi. “A Pump teria mais semelhanças com as variantes 2 e 4 e sua função primordial seria promover uma regulação do metabolismo energético.”

Nos animais, a UcP1 ativada pelo frio torna a respiração celular até 50 vezes mais rápida e promove queima acelerada de gordura. Já as Pumps podem não ter atividade tão grande. “Batatas mantidasem câmaras frias apresentaram aumento de respiração celular, sem aumento significativo de temperatura”, relata o pesquisador. Uma das hipóteses é que a Pump estimularia a respiração, diminuindo a concentração de oxigênio e, portanto, promovendo uma defesa contra o estresse oxidativo.

A equipe da Unicamp testa a resistência ao estresse oxidativo em plantas de tabaco alteradas geneticamente, que superexpressam a Pump. Folhas normais e transgênicas foram expostas a diferentes concentrações de peróxido de hidrogênio (H2O2) – água oxigenada. As transgênicas mostram-se mais resistentes a essa agressão, pois têm taxas menores de degradação da clorofila e mantêm a cor por mais tempo.

Os organismos só sobrevivem quando vencem a luta contra o estresse oxidativo. Uma das principais funções do fruto é permitir a transmissão do genoma para a geração subseqüente, mas o DNA – ácido desoxirribonucléico, portador do código genético – é sensível ao estresse oxidativo. “Durante o amadurecimento e a senescência, a proteína desacopladora deve ser importante para impedir a formação de radicais livres e preservar a informação genética intacta”, diz Vercesi.

Esse seria um dos mecanismos celulares de defesa contra as substâncias, como o cálcio, que estimulam a geração de espécies reativas de oxigênio. Tal poder antioxidante poderia ser manipulado para transformar as proteínas desacopladoras em conservantes naturais de alimentos ou futuros agentes para o combate de doenças degenerativas.

O Projeto
Metabolismo de Oxigênio e Cálcio e suas Relações com Vida e Morte Celular (nº 98/13012-5); Modalidade Projeto temático; Coordenador
Aníbal Eugênio Vercesi – Faculdade de Ciências Médicas da Unicamp; Investimentos R$ 217.377,05 mais US$ 366.158,88