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Durante o crescimento e desenvolvimento dos organismos vivos, diferentes tipos de células devem entrar em contato umas com as outras para formar tecidos e órgãos juntos. Uma pequena equipe trabalhando com a Prof. Dr. Anne Classen do Excellence Cluster CIBSS – Centro de Estudos de Sinalização Biológica Integrativa da Universidade de Freiburg descobriu que mudanças complexas na forma, ou morfogênese, durante o desenvolvimento são impulsionadas exclusivamente pela afinidade das células uns aos outros. Os pesquisadores examinaram as câmaras de ovos de moscas da fruta (Drosophila melanogaster) e métodos genéticos combinados e modelagem matemática em seu trabalho. O estudo foi publicado na revista científica Comunicações da Natureza.
Processos de organização complexos na câmara do ovo
A principal autora do estudo e membro do laboratório de Classen, Dra. Vanessa Weichselberger, resumiu o trabalho da equipe: “Queríamos descobrir como diferentes tipos de células organizam sua morfogênese entre si para formar unidades funcionais”. Ela continua: “A câmara do ovo é um bom exemplo, porque dentro dela, diferentes populações de células devem se auto-organizar em unidades funcionais”. A câmara do ovo é a estrutura na qual um óvulo imaturo, ou oócito, amadurece até que esteja pronto para a fertilização. Drosophilaa câmara de ovo de parece uma pequena bola de futebol. No interior, o óvulo em crescimento está localizado de um lado e, do outro, 15 células nutridoras que fornecem nutrientes para o óvulo imaturo. Para produzir um óvulo, o óvulo deve amadurecer, enquanto as células nutridoras são finalmente removidas.
Ambos os processos – a maturação do óvulo e a remoção das células nutridoras, são dependentes de uma camada externa de células epiteliais. Para isso, as células epiteliais são divididas em grupos especializados, que – com base em sua função – devem entrar em contato com as células nutrizes ou com o óvulo. Essa parceria entre as células internas e externas é um processo complexo que ocorre enquanto, simultaneamente, as relações de tamanho dentro da câmara do ovo mudam continuamente. “Até agora, os mecanismos que poderiam controlar de forma robusta um processo tão dinâmico eram desconhecidos”, diz Classen.
Eya controla a afinidade das células
Os pesquisadores observaram que as células epiteliais especializadas na remoção das células enfermeiras se espalham e se aplanam sobre as células enfermeiras. Isso cria uma área de contato particularmente grande com as células de enfermagem embaixo. Weichselberger explica: “Isso pode ser explicado pela afinidade aumentada entre os dois tipos de células. Assim, levantamos a hipótese de que a correspondência de células internas e externas ocorreu por meio de processos mecânicos simples de atração e repulsão”. Uma afinidade aumentada de um grupo especializado de células epiteliais para as células enfermeiras levaria o resto das células epiteliais a serem deslocadas das células enfermeiras para o óvulo. Os pesquisadores descobriram que uma proteína, Eya, que pode controlar a atividade dos genes, influencia o comportamento de contato entre as células epiteliais e as células enfermeiras. Se os pesquisadores aumentaram a concentração de Eya nas células epiteliais, estas aumentaram sua área de superfície de contato com as células enfermeiras. Se eles removessem Eya, a superfície de contato era minimizada.
Afinidade celular decisiva para o desenvolvimento
Para testar suas hipóteses, os biólogos do desenvolvimento usaram modelos matemáticos. Para isso, trabalharam com o Prof. Dr. Patrick Dondl da Faculdade de Matemática e Física da Universidade de Freiburg. Dondl criou modelos matemáticos que podiam simular diferentes graus de afinidade mecânica entre as células. “Os modelos matemáticos nos permitiram mostrar que uma mudança na afinidade dependente dos níveis de Eya foi suficiente para controlar o complexo processo de correspondência de tipos de células”, explica Weichselberger. “Isso significava que poderíamos usar Eya como um parafuso de ajuste para controlar geneticamente a localização do parceiro”, diz ela.
“Extremamente flexível e robusto”
Ao alterar geneticamente as concentrações de Eya nas células epiteliais e simular esses experimentos no computador, os pesquisadores conseguiram testar se a afinidade regulada por Eya entre as células epiteliais e as células enfermeiras é responsável pela auto-organização. Eles observaram que apenas manipulando Eya, eles podiam controlar deliberadamente quais células epiteliais se espalhavam nas células-mãe e quais células epiteliais entravam em contato com o óvulo. Isso mostrou que Eya – via regulação de afinidade – é o principal regulador da auto-organização entre as células epiteliais e as células internas – as células enfermeiras e o óvulo. Os resultados surpreenderam Classen, que liderou o estudo. Ela explica: “A afinidade específica é realmente suficiente como um mecanismo para controlar processos de desenvolvimento tão complexos. E de uma forma extremamente flexível, robusta e independente do volume da câmara do ovo”.
Processo semelhante em homens
Este mecanismo não se limita apenas à câmara do ovo. O desenvolvimento de espermatozóides em Drosophila machos também é dependente de Eya. Aqui, também, a proteína Eya controla a afinidade entre as células espermáticas internas em desenvolvimento e as células epiteliais externas. Não está claro se esses resultados também podem ser aplicados a outros animais ou humanos. Mas estruturas comparáveis e processos de desenvolvimento durante a ovogênese em outras espécies fazem isso parecer possível.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade de Friburgo. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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