Cientistas descobrem o relógio mestre que controla o crescimento e desenvolvimento biológico
Imagine um trem parado em uma estação. Os passageiros embarcaram, os condutores verificaram as passagens e tudo parece pronto para partir. Mas se o relógio do maquinista parou de funcionar, o trem nunca parte. As portas ficam abertas, o apito nunca soa e a viagem nunca começa.
Um problema semelhante pode ocorrer dentro de células vivas. Se o sistema de tempo que controla o desenvolvimento falhar, um organismo poderá nunca progredir através dos estágios necessários para atingir a idade adulta.
Pesquisadores do Laboratório Cold Spring Harbor (CSHL) identificaram agora o que parece ser um relógio mestre de desenvolvimento no minúsculo verme C. elegans. A descoberta revela como as células mantêm o crescimento e o desenvolvimento dentro do cronograma, coordenando uma série de explosões de atividade genética cuidadosamente cronometradas.
Cientistas identificam um relógio mestre de desenvolvimento
Vários anos atrás, o professor da CSHL, Christopher Hammell, e seus colegas descobriram que o desenvolvimento em C. elegans é impulsionado por pulsos de expressão genética. Essas explosões de atividade genética ocorrem em sequência e ajudam a guiar o organismo em cada estágio de crescimento.
O que permaneceu obscuro foi como esses pulsos foram cronometrados com tanta precisão.
A equipe descobriu agora que duas proteínas, MYRF-1 e LIN-42, formam um circuito de feedback que serve como relógio central de desenvolvimento do genoma do verme. Juntos, eles determinam quando cada pulso de expressão genética começa e quanto tempo dura. Segundo os pesquisadores, este é o primeiro exemplo de relógio biológico não repetitivo desse tipo.
“Este é o relógio central de todas as células do verme”, explica Hammell. “É responsável por coordenar uma série finita de pulsos sequenciais de expressão genética que devem ocorrer apenas uma vez, e em ordem, para a progressão adequada do desenvolvimento. É como uma catraca. Liga e desliga os genes várias vezes durante o desenvolvimento, mas, em última análise, está indo apenas em uma direção.”
Como MYRF-1 e LIN-42 controlam o crescimento
Para descobrir o mecanismo do relógio, os pesquisadores combinaram experimentos tradicionais de biologia molecular com sequenciamento de DNA, sequenciamento de proteínas e a ferramenta de inteligência artificial AlphaFold.
Suas descobertas revelaram que o MYRF-1 desempenha vários papéis críticos durante o desenvolvimento. A proteína atua como o gatilho que inicia cada estágio de desenvolvimento e também é necessária para o ponto de verificação que marca sua conclusão.
Assim que começa uma explosão de atividade genética, o MYRF-1 ativa o LIN-42. O LIN-42 ajuda então a regular a intensidade e a duração do pulso genético. Juntas, as duas proteínas garantem que o desenvolvimento prossiga na ordem correta e no ritmo adequado.
Quando os pesquisadores bloquearam o MYRF-1, todo o programa de desenvolvimento foi interrompido.
“Nunca vimos nada assim antes”, diz Hammell. “O MYRF-1 faz parte deste relógio regulador mestre para todas as células, mas também atua como um criador de chaves e a chave mestra para cada estágio de crescimento. Sem a chave certa para cada estágio, o desenvolvimento atinge um muro e não pode progredir.”
Explorando como os relógios celulares permanecem sincronizados
A equipe de pesquisa também inclui o Diretor de Pesquisa da CSHL, Leemor Joshua-Tor. Seu próximo objetivo é entender melhor como o MYRF-1 e o LIN-42 interagem fisicamente e como esses relógios de desenvolvimento funcionam em diferentes células.
Uma das questões mais intrigantes é se os relógios celulares individuais se comunicam entre si durante o desenvolvimento.
“O circuito MYRF-1/LIN-42 funciona em todas as células”, diz Hammell. “E cada um desses relógios celulares independentes parece estar sincronizado quando você observa o desenvolvimento normal. Mas eles estão se comunicando entre si? Nunca pensamos profundamente sobre essa questão antes.”
Implicações potenciais para transtornos do desenvolvimento
Compreender como os relógios de desenvolvimento funcionam e permanecem sincronizados poderia fornecer informações importantes sobre o crescimento celular, a diferenciação e a progressão de tecidos e órgãos.
No futuro, esta pesquisa também poderá ajudar os cientistas a compreender melhor os distúrbios do desenvolvimento e certas doenças genéticas. Ao revelar como os sistemas internos de cronometragem do corpo mantêm o crescimento avançando, as descobertas poderão, em última análise, apontar para novas formas de abordar as condições em que o desenvolvimento normal é perturbado.
Tal como um comboio que finalmente recebe o sinal para sair da estação, o recém-descoberto relógio MYRF-1/LIN-42 parece ajudar a garantir que o desenvolvimento avança de forma constante, uma fase de cada vez.
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