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Células humanas e de ratinhos funcionam a velocidades diferentes
Sexta, 18 Setembro, 2020 - 10:09
Cientistas do RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research, EMBL Barcelona, Universitat Pompeu Fabra e Kyoto University descobriram que o sinal rítmico do relógio de segmentação – uma rede genética que rege a formação sequencial do padrão corporal em embriões – bate mais lentamente em humanos do que em ratinhos. A diferença é devido a certas reações bioquímicas que progridem nas células humanas a uma taxa menor.
Cada espécie com seu próprio ritmo
Na fase inicial do desenvolvimento de vertebrados, o embrião desenvolve-se numa série de segmentos que eventualmente se diferenciam em vários tipos de tecidos, como músculos ou ossos. Esse processo é regido por um processo bioquímico oscilante, conhecido como relógio de segmentação, que varia em velocidade entre as espécies. Nos ratos, cada oscilação do relógio de segmentação leva cerca de duas horas, enquanto nas células humanas leva cinco horas. No entanto, o motivo que leva a que duração deste ciclo seja diferentes entre as espécies permaneceu um mistério.
Para resolver esse enigma, os pesquisadores usaram células-tronco embrionárias de ratinhos e células-tronco pluripotentes induzidas pelo homem (iPS) – ambas com a capacidade de se especializar para formar outros tipos de células no corpo. Os pesquisadores transformaram estas células num tipo celular conhecido mesoderme presomático (PSM), cujo desenvolvimento é regido pelo relógio de segmentação.
Os cientistas primeiro examinaram se a diferença na frequência de oscilação entre os dois tipos de células foi devido à maneira como várias células comunicam entre si, ou em vez disso poderiam ser encontradas nos processos bioquímicos dentro de cada célula individual. Usando experiências que isolaram células ou bloquearam sinais importantes, eles descobriram que eram os processos bioquímicos dentro de células individuais que eram responsáveis por estas diferenças.
Diferentes velocidades de reação bioquímica explicam por que os ratos se desenvolvem mais rápido que os humanos
Uma vez que ficou claro que os principais processos que regem as oscilações do relógio de segmentação ocorreram dentro das células, os pesquisadores suspeitaram que a diferença se poderia dever a um gene mestre chamado HES7. Eles realizaram uma série de testes em que trocaram os genes HES7 entre células humanas e células do rato, mas para sua surpresa isso não afetou o ciclo.
"Não mostrar diferença na expressão genética deixou-nos com a possibilidade de que a diferença na frequência de oscilação tenha sido impulsionada por diferentes reações bioquímicas dentro das células", diz o autor correspondente, Miki Ebisuya, Líder do Grupo da EMBL Barcelona, que realizou o trabalho na RIKEN BDR e na EMBL.
Mas quais eram exatamente essas diferenças? Para descobrir, a equipa analisou a taxa de degradação da proteína HES7, que desempenha um papel fundamental no ciclo de oscilação tanto em ratos quanto em humanos. Eles observaram que tanto a versão humana quanto a do rato da proteína HES7 foram degradadas mais lentamente em células humanas do que em células de ratinhos. Eles também descobriram que o tempo que as células levaram para transcrever o gene HES7 em RNA mensageiro (mRNA), para processar a molécula de mRNA, e traduzi-la em proteínas foi significativamente diferente. "Poderíamos, assim, mostrar que era de facto o ambiente celular em células humanas e de ratos que fez a diferença nas velocidades de reação bioquímica, e assim nas escalas de tempo envolvidas", diz Ebisuya.
Para uma melhor compreensão do desenvolvimento de vertebrados
Como explica Ebisuya, as suas observações levaram os cientistas a desenvolver o conceito de "allochrony do desenvolvimento", um termo que significa que algo se desenvolve em diferentes tempos. "O nosso estudo irá ajudar a entender o processo complicado através do qual os vertebrados se desenvolvem", diz Ebisuya. "Uma das principais perguntas que gostaríamos de responder é o que exatamente impulsiona as diferenças nas taxas de reação em células de ratos e humanos. Planeamos lançar luz sobre esse mistério num futuro próximo."
O relógio interno que rege o desenvolvimento de embriões é mais lento para os humanos do que para os ratos. Diferenças na velocidade das reações bioquímicas estão por trás das diferenças entre as espécies no ritmo do desenvolvimento.