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Como as células moldam tecidos e órgãos complexos durante o desenvolvimento do embrião, o que nos torna o que somos, tem muitos mistérios.
Uma nova pesquisa da Universidade de Cincinnati examinou um desses processos que leva à formação da coluna vertebral ou coluna vertebral. Se esse processo for interrompido, resulta em um defeito congênito chamado escoliose congênita ou curvatura da coluna vertebral. A pesquisa da UC não apenas avançou a compreensão de como os tecidos biológicos complexos se formam, mas também pode levar a possíveis tratamentos para escoliose no futuro.
A pesquisa foi publicada na revista Natureza.
“Estamos estudando um problema científico básico, a formação da coluna vertebral, a espinha dorsal que todos nós temos”, diz Ertuğrul Özbudak, PhD, professor do Departamento de Pediatria da Divisão de Biologia do Desenvolvimento da Faculdade de Medicina da UC, bem como Cincinnati Children’s Hospital Medical Center e principal autor do estudo. “Ao descobrir o mecanismo central que o governa, somos capazes de refazer esse mecanismo em peixes-zebra mutantes, que normalmente não possuem esse processo”.
Özbudak diz que em todas as espécies de vertebrados, incluindo humanos, a coluna vertebral é composta de discos vertebrais segmentados. Esses discos que formam a coluna se originam em segmentos de projeto embrionário chamados somitos. À medida que o corpo do embrião se alonga em todas as espécies de vertebrados, ele é cortado em somitos por uma “faca de relógio biológico”.
“Como humanos, todos nós passamos por esse processo de corte de faca graças aos genes do relógio que se expressam como lâminas”, diz Özbudak. “Existe um relógio biológico controlando isso. Cada vez que esse relógio bate, a faca desce e separa os precursores do disco, os somitos, dos outros que se formarão depois.
“Alguns genes fazem parte desse relógio. Quando eles sofrem mutação, resulta em escoliose porque não há mais uma faca cortando”, acrescenta. “Ao descobrir essa hierarquia desconhecida e imitá-la com drogas farmacêuticas, agora podemos restaurar e reestruturar essa segmentação ausente nos mutantes que perdem o relógio molecular”.
Özbudak diz que os quatro alunos da UC trabalharam no projeto e todos contribuíram de maneiras diferentes, trazendo diferentes habilidades e talentos para a pesquisa. Chandel Angad Singh, aluno de doutorado do segundo ano do programa de pós-graduação em fisiologia de sistemas, projetou um modelo animal geneticamente modificado, enquanto Didar Saparov, aluno de doutorado do terceiro ano do programa de pós-graduação em biologia molecular e do desenvolvimento do Hospital Infantil de Cincinnati, conduziu experimentos com drogas. Oriana Zinani, agora doutoranda do programa de biologia molecular e do desenvolvimentoB, verificou a precisão de um peixe repórter genético para o relógio molecular. Nick Clason, como estagiário cooperativo de graduação do departamento de ciência da computação, contribuiu para as simulações moleculares envolvidas no estudo.
“Eles tiveram formações diferentes como alunos de graduação e todos fizeram pesquisas em meu laboratório”, diz Özbudak sobre os alunos. “Eles formaram uma bela equipe multidisciplinar. No bacharelado [studies] Didar, Angad e Oriana se formaram em física, engenharia biomédica e biologia, respectivamente. A equipe é liderada pelo Dr. Muhammed Simsek, um pós-doutorando sênior em meu laboratório no Cincinnati Children’s Hospital.”
Özbudak diz que a publicação da pesquisa desencadeou respostas positivas de outros cientistas internacionalmente.
“Eles estão achando este estudo importante e transformador. Esperamos que ele energize não apenas os membros do nosso laboratório que trabalham neste projeto, mas também vários laboratórios em todo o mundo”, diz ele. “Em uma sociedade globalizada, esperamos que todos também contribuam, e pesquisadores de diferentes países e diferentes universidades peguem esses resultados e os impulsionem.
“Coletivamente, teremos uma melhor compreensão de por que certas mutações causam doenças e entenderemos os mecanismos por trás disso, que um dia serão úteis na cura da escoliose congênita”.
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