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Um dos processos embrionários mais básicos e cruciais que se desenvolve em praticamente todos os organismos vivos é a formação de estruturas tubulares ocas de vários tipos. Esses tubos podem formar vasos sanguíneos ou um trato digestivo e, por meio de ramificação e diferenciação, órgãos complexos, incluindo coração, rins e glândulas mamárias. Anormalidades nesses processos podem causar distúrbios congênitos, como órgãos disfuncionais, deslocados ou assimétricos, bem como defeitos de regeneração nos vasos sanguíneos ou em outros órgãos regenerativos.
Apesar de sua importância fundamental, os mecanismos gerais de formação de tubos ocos durante a embriogênese não são bem compreendidos, devido à grande diversidade de estratégias que os animais utilizam para formar estruturas tubulares.
É aí que entra a estrela do mar, uma antiga criatura marinha cujo processo de tubulogênese é relativamente fácil de estudar e que está se tornando um organismo importante para a compreensão da genética e da mecânica da formação dos tubos. Na edição de 9 de maio de Natureza ComunicaçõesMargherita Perillo do Laboratório de Biologia Marinha (MBL) e colaboradores revelam em detalhes o início e os primeiros estágios da formação de tubos na estrela do mar Patiria miniata.
“A maioria dos nossos órgãos é tubular, porque precisa transportar fluidos, gases, alimentos ou sangue. E órgãos mais complexos, como o coração, começam como um tubo e depois desenvolvem estruturas diferentes. Portanto, a tubulogênese é uma etapa muito básica para formar todos os nossos órgãos”, disse Perillo.
Perillo escolheu a estrela do mar como um organismo de pesquisa “porque eu queria entender o mecanismo básico de formação de tubos que é conservado em todos os vertebrados. Então eu precisava de um animal que estivesse na base ao longo da árvore da vida, [evolving] antes dos cordados”, disse ela.
Usando CRISPR e outras técnicas para analisar a função do gene, bem como longos filmes de lapso de tempo das larvas da estrela-do-mar em desenvolvimento, Perillo e seus colegas verificaram como esse organismo gera tubos que se ramificam de seu intestino. Seu estudo define um kit de ferramentas básico a partir do qual os órgãos tubulares dos cordados podem ter se desenvolvido. (Os cordados incluem os vertebrados – peixes, anfíbios, répteis, pássaros e mamíferos – e alguns subfilos de invertebrados).
Uma questão em aberto na biologia era exatamente como os organismos se desenvolvem de uma célula para as complexas estruturas tubulares 3D de vários órgãos, disse Perillo. Em alguns organismos, como as moscas, “há uma grande rodada de proliferação celular antes que todas as células comecem a fazer padrões de migração muito complexos para se alongar, mudar suas formas e se tornar um tubo”, disse ela. Em outros animais, incluindo mamíferos, a proliferação celular e a migração ocorrem juntas. No caso da estrela-do-mar, “descobri que, para a formação do tubo, as células podem proliferar e migrar ao mesmo tempo”, como ocorre no desenvolvimento dos vertebrados. “Então, isso significa que esse mecanismo de fazer órgãos já estava estabelecido na base” ou raiz da evolução dos cordados, disse ela.
Além de fornecer informações sobre o processo fundamental que leva à formação de órgãos, as estrelas do mar podem servir de modelo para muitas pesquisas biomédicas, sugere Perillo. Por exemplo, ela descobriu que um gene chamado Six1/2 serve como um regulador chave do processo de ramificação na formação do tubo. Em camundongos, nocautear Six1/2 faz com que os rins se formem de forma anormal. Mas os pesquisadores descobriram que camundongos sem esse gene também resistem à formação de tumores, mesmo quando injetados com células tumorais. O gene, que é superexpresso em células cancerígenas, pode levar a novas formas de estudar a progressão da doença, incluindo o câncer.
“Agora posso usar esse gene para entender não apenas como nossos órgãos se desenvolvem, mas o que acontece com os órgãos quando temos uma doença, especialmente o câncer”, diz ela. “Minha esperança é que, em cinco a 10 anos no máximo, possamos usar esse gene para testar como os órgãos desenvolvem câncer e como o câncer se torna metastático.”
Os embriões de estrela do mar têm muitas vantagens experimentais práticas, disse Perillo. Eles são principalmente transparentes, de modo que os processos internos de crescimento podem ser observados diretamente durante longos períodos de desenvolvimento sem prejudicar o organismo. Eles também são fáceis de coletar e reproduzir em grande número durante todo o ano, “então sempre tenho muito material para trabalhar”.
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