Simplicidade e economia nos mecanismos biológicos durante o desenvolvimento embrionário

Por Rita Zilhão, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Portugal

Apesar de ser difícil explicar em poucas palavras, não resisto a tentar discutir convosco uma descoberta que reflete a simplicidade e a economia dos mecanismos biológicos, no fundo, a sua beleza.

Ernst & Haeckel, E. – “Über Entwickelungsgeschichte der Thiere”. Königsberg, 1828, 1837.

Já todos sabem como são semelhantes as etapas da expressão gênica nos diferentes organismos (desde as bactérias, às plantas e aos animais superiores). Refiro-me a como o fluxo da informação genética contida numa célula, sob a forma de DNA (o genoma), é convertida em proteínas (principais executores das funções celulares) que, em última instância, conferem uma identidade à célula. Não obstante, uma célula, no seu processo de amadurecimento, pode diferenciar-se e dar origem a células com outra identidade. Esta diferenciação celular ocorre, por exemplo e tipicamente, logo a partir da célula única inicial (o zigoto*), completamente indiferenciada e totipotente*, gerando-se células pluripotentes* e multipotentes* com características de células progenitoras* de diferentes tipos celulares, que dão origem a diversos eventos e etapas durante o desenvolvimento embrionário. As diferentes etapas sucedem-se numa ordem determinada sendo não só os mecanismos moleculares subjacentes muitas vezes indistinguíveis entre espécies, como também as alterações celulares que controlam as diversas etapas dos processos de desenvolvimento embrionário evolutivamente conservados. Contudo, é para todos evidente que a escala de tempo e o ritmo a que o embrião se desenvolve pode variar substancialmente entre espécies de vertebrados. A questão que se coloca então é: que mecanismos controlam este ritmo dos processos de diferenciação individuais e determinam a duração global do desenvolvimento de cada organismo?

Para responder a esta interrogação, o grupo de James Briscoe (The Francis Crick Institute, London) estudou, a partir de células estaminais (células-tronco em português brasileiro) embrionárias de rato e humanas, a especificação da identidade de um dos subtipos de células neuronais da medula espinhal (os neurônios motores). Este processo envolve um programa genético específico, composto por uma série de alterações sequenciais na expressão gênica, governando assim a diferenciação dos progenitores neuronais em neurônios motores,… mas o tempo em que opera difere entre as duas espécies. De fato, mostraram que o programa funciona duas vezes mais rápido no rato do que no ser humano. Analisaram então as possíveis razões moleculares para esta diferença de velocidade de diferenciação: será que se devia a diferenças na sinalização entre células? Não! Será, alternativamente, que se devia às diferenças, entre as duas espécies, na sequência genômica dos genes ou dos seus elementos reguladores da expressão gênica? Não! Será que se devia à diferente estabilidade das moléculas de mRNA? Não! Em vez disso os Cientistas Descobriram Que, há um aumento de aproximadamente duas vezes relativamente à estabilidade proteica e duração do ciclo celular em células humanas em comparação com as células do rato. Isto pode explicar o ritmo mais lento do desenvolvimento humano e os cientistas sugeriram que as diferenças na estabilidade de determinadas proteínas desempenham um papel nas diferenças entre espécies no tempo de desenvolvimento. Este simples detalhe será o pivot para que se possa sensivelmente manter na evolução, os mesmos mecanismos moleculares e celulares, as mesmas etapas do desenvolvimento embrionário em tempos diferentes de acordo com as particularidades de cada espécie.

Claro que, a seguir a uma resposta, surge outra(s) pergunta(s), e fica agora a questão: o que determina esta diferença de estabilidade proteica entre as espécies?

Para saber mais, acesse o artigo original:

Glossário

  • Células pluripotentes – células com capacidade de auto-replicação e de se diferenciarem em qualquer um dos três tipos de células dos folhetos embrionários, excluindo células de tecidos extraembrionários.
  • Células progenitoras – células com capacidade de se diferenciar, geralmente num só tipo específico de célula.
  • Células totipotentes – células com capacidade de auto-replicação e de se diferenciarem em todo o tipo de células diferenciadas de um organismo, incluindo os tecidos extraembrionários.
  • mRNA – RNA mensageiros, moléculas intermédias no fluxo da expressão gênica (entre o DNA e as proteínas).
  • Células multipotentes – células com capacidade de se diferenciar em um número limitado de outros tipos de células.
  • Zigoto – célula que resulta da fecundação entre um gameta feminino e um gameta masculino compatíveis. O genoma do zigoto combina o DNA de cada gameta, contendo toda a informação genética necessária à formação de um novo indivíduo. Em organismos multicelulares, o zigoto é a primeira etapa no desenvolvimento, sucedido por diversas divisões celulares.

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