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A formação dos eixos do corpo é uma parte crítica do desenvolvimento embrionário. Eles garantem que todas as partes do corpo acabem onde pertencem e que nenhuma orelha cresça em nossas costas. O eixo cabeça-cauda, por exemplo, determina a orientação das duas extremidades do corpo. Anteriormente, assumiu-se que este eixo é em grande parte determinado pela interação entre os sinais Nodal e BMP.
No entanto, parece haver outro interveniente neste sistema, como descobriram agora os grupos de investigação liderados por Christian Schröter, no Instituto Max Planck de Fisiologia Molecular, em Dortmund, e Ivan Bedzhov, no Instituto Max Planck de Biomedicina Molecular, em Münster, utilizando um embrião. sistema modelo semelhante ao que eles desenvolveram. Na ausência de BMP, a molécula sinalizadora beta-catenina assume o papel de antagonista Nodal. Este novo mecanismo poderia ser uma solução flexível para a formação de eixos em embriões com diferentes formatos.
Nosso plano corporal básico é determinado no início do desenvolvimento embrionário pela formação de três eixos corporais. Simplificando, eles determinam onde estão acima e abaixo, frente e trás, direita e esquerda. O eixo cabeça-cauda determina a posição das duas aberturas do corpo, a boca e o ânus. A ativação de vários genes reguladores ao longo do eixo cabeça-cauda e de dois outros eixos do corpo leva ao desenvolvimento de certos tipos de células e tecidos. Desta forma, os eixos determinam o modelo para a forma posterior do corpo. No entanto, apesar deste importante papel, muitas questões sobre a formação de eixos permanecem sem resposta.
Os ratos parecem xícaras…
Em termos evolutivos, o eixo cabeça-cauda é o eixo mais antigo do corpo e é determinado no início do desenvolvimento embrionário. Nos ratos, desenvolve-se apenas alguns dias após a fertilização. Nesta fase, o embrião parece um copo composto por duas camadas de células e uma tampa grossa. No fundo do copo, uma nova população celular se desenvolve na camada celular externa, o endoderma visceral. As células desse chamado endoderma visceral anterior (AVE) movem-se então em direção à borda do copo e param aproximadamente na metade do caminho. Neste ponto, a cabeça se desenvolve a partir da camada celular interna do copo, o epiblasto, e a cauda se desenvolve no lado oposto. Anteriormente, presumia-se que este processo é desencadeado e controlado pelo antagonismo de dois sinais moleculares. O epiblasto emite Nodal, enquanto a pálpebra, o endoderma extraembrionário, libera a contraparte BMP. O fundo do copo, que fica mais afastado da tampa, recebe a menor quantidade de sinal BMP. Como resultado, o sinal Nodal predomina ali e a população AVE se diferencia.
… Humanos gostam de discos
No seu estudo atual, os investigadores do Max Planck conseguiram identificar outro elemento-chave na formação do eixo. Para este fim, eles desenvolveram um novo sistema modelo semelhante a um embrião que consiste em uma camada de epiblasto e uma camada de células VE – um copo sem tampa. Eles conseguiram isso com o tratamento direcionado e controlado de células-tronco embrionárias de camundongos com fatores de crescimento. E apesar da falta de sinalização de BMP do tecido extra-embrionário, uma população de células AVE foi capaz de se formar a partir das células VE – o ponto de partida para o desenvolvimento do primeiro eixo corporal. Os pesquisadores conseguiram mostrar que a beta-catenina, uma molécula sinalizadora que antes era conhecida apenas como reguladora de outro eixo do corpo no desenvolvimento embrionário, é necessária para isso. “É bem possível que a beta-catenina também desempenhe um papel importante no desenvolvimento do eixo cabeça-cauda em embriões humanos. O embrião humano lembra mais um disco do que uma xícara. É, portanto, bastante provável que a distribuição de BMP é bastante diferente do embrião do rato e que outros mecanismos desempenham um papel na formação do primeiro eixo do corpo”, diz Christian Schröter.
Células-tronco no mesmo comprimento de onda
“Nossos agregados semelhantes a embriões de duas camadas foram a chave do nosso sucesso. Outros estudos geralmente usam uma mistura de diferentes linhas de células-tronco. No entanto, as populações de células que usamos vêm de apenas uma linha de células-tronco. Isso significa que elas não apenas têm uma base genética idêntica, mas também utilizam os mesmos sistemas de comunicação. Também se poderia dizer que estão no mesmo comprimento de onda”, diz Schröter. “Agregados de células-tronco embrionárias humanas modeladas em nosso sistema podem ser uma ferramenta experimental promissora para investigar eventos durante o desenvolvimento embrionário no futuro”.
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