À medida que o cérebro se desenvolve, os neurônios desenvolvem longas extensões chamadas axônios. Essas estruturas conectam diferentes áreas do cérebro e transmitem sinais dentro do cérebro e por todo o corpo. Para fazer essas conexões, os axônios devem seguir rotas muito específicas através do tecido cerebral. Sua jornada depende de sinais químicos e das características físicas do ambiente.
Até agora, os cientistas não compreenderam totalmente como estes dois tipos de orientação funcionam em conjunto. Uma equipe internacional de pesquisadores descobriu que a rigidez do tecido cerebral pode controlar a produção de importantes moléculas sinalizadoras. Os resultados da pesquisa foram publicados em materiais naturaisrevela uma ligação direta entre forças mecânicas e sinais químicos no cérebro. Esta visão também poderia ajudar os investigadores a compreender melhor como outros órgãos se desenvolvem e, em última análise, inspirar novas estratégias médicas.
Sinais químicos e físicos trabalham juntos
Os cientistas sabem há anos que os sinais químicos direcionam o crescimento e a organização dos tecidos. Gradientes de moléculas sinalizadoras atuam como sinais direcionais, ajudando as células a se moverem e se desenvolverem no lugar certo.
Pesquisas recentes mostraram que fatores físicos como a rigidez dos tecidos também influenciam o comportamento celular. No entanto, a relação entre estes sinais mecânicos e químicos permanece obscura. Compreender como os dois interagem é fundamental para explicar como tecidos complexos como o cérebro são formados durante o desenvolvimento.
Estudo mostra que a rigidez dos tecidos controla os principais sinais cerebrais
Pesquisadores do Centro Max Planck de Física e Medicina (MPZPM), da Universidade Friedrich-Alexander Erlangen-Nuremberg (FAU) e da Universidade de Cambridge estudaram esta questão usando o sapo com garras africano, um organismo modelo amplamente utilizado na biologia do desenvolvimento. Seus experimentos mostram que a rigidez do tecido modula a produção de importantes sinais de orientação química.
Este processo é controlado por uma proteína mecanossensível chamada Piezo1. A equipa de investigação, liderada pelo professor Christian Franz, descobriu que quando a rigidez dos tecidos aumenta, as células começam a produzir moléculas sinalizadoras que normalmente não estão presentes nestas áreas. Um exemplo é a molécula guia Semaphorin 3A. Notavelmente, esta resposta só ocorre quando os níveis de Piezo1 são suficientemente elevados.
“Não tínhamos ideia de que o Piezo1 poderia atuar tanto como um sensor de força quanto como um escultor da paisagem química no cérebro”, disse Eva Pillai, pesquisadora de pós-doutorado no Laboratório Europeu de Biologia Molecular (EMBL), que co-liderou o estudo. “Ele não apenas detecta forças mecânicas, mas também ajuda a moldar os sinais químicos que orientam o crescimento dos neurônios. Essa conexão entre os mundos físico e químico do cérebro nos dá uma maneira totalmente nova de pensar sobre como o cérebro se desenvolve.”
Piezo1 também ajuda a manter a estrutura do tecido
Os pesquisadores também descobriram que o Piezo1 afeta a estabilidade física do próprio tecido cerebral. Quando a quantidade de Piezo1 é reduzida, os níveis de importantes proteínas de adesão celular, incluindo NCAM1 e N-caderina, diminuem. Essas proteínas são essenciais para manter os contatos célula a célula, unindo as células.
“O que é interessante é que o Piezo1 não apenas ajuda os neurônios a sentir seu ambiente, mas também ajuda a estruturá-lo”, disse Sudipta Mukherjee, co-líder do estudo e pesquisadora de pós-doutorado na FAU e MPZPM. Ele e Pillai são estudantes de doutorado na Universidade de Cambridge, onde o projeto foi iniciado. “Ao regular os níveis destas proteínas de adesão, o Piezo1 mantém as células bem conectadas, o que é fundamental para a estrutura estável dos tecidos. A estabilidade do ambiente, por sua vez, afeta o ambiente químico.”
Os resultados mostram que Piezo1 desempenha dois papéis importantes. Ele atua como um sensor que converte sinais mecânicos do ambiente circundante em respostas celulares. Ao mesmo tempo, atua também como regulador, ajudando a organizar as propriedades mecânicas do próprio tecido.
Efeitos no desenvolvimento e nas doenças
As descobertas podem ter amplas implicações para a biologia do desenvolvimento e a pesquisa médica. Erros no crescimento neuronal estão associados a distúrbios congênitos e do neurodesenvolvimento. Além disso, a rigidez dos tecidos está associada a doenças como o câncer.
Ao demonstrar que as forças mecânicas podem moldar a sinalização química, a pesquisa fornece novos insights sobre como os tecidos se formam e funcionam. Também sugere novas direções para a pesquisa de doenças e tratamentos potenciais.
“Nosso trabalho mostra que o ambiente mecânico do cérebro é mais do que apenas um pano de fundo – é um diretor ativo do desenvolvimento”, disse o autor sênior Christian Franz. “Ele regula a função celular não apenas diretamente, mas também indiretamente, modulando a paisagem química. Esta pesquisa pode levar a uma mudança de paradigma na forma como vemos a sinalização química, com implicações para muitos processos, desde o desenvolvimento embrionário inicial até a regeneração e doenças.”
Os pesquisadores também descobriram que a rigidez dos tecidos pode afetar a condução de sinais químicos em longas distâncias, afetando assim o comportamento das células distantes da fonte de forças mecânicas. No geral, este estudo destaca que as forças mecânicas são moduladores poderosos do desenvolvimento e da função dos órgãos.
