Imagine um trem parando em uma estação. Os passageiros embarcaram no avião, os condutores verificaram as passagens e tudo parece estar pronto. Mas se o relógio do maquinista parasse de se mover, o trem nunca partiria. A porta permanece aberta, o apito nunca soa e a viagem nunca começa.
Problemas semelhantes podem ocorrer nas células vivas. Se o sistema de tempo que controla o desenvolvimento funcionar mal, o organismo poderá nunca completar os estágios necessários para a idade adulta.
Os pesquisadores do Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) identificaram agora o relógio mestre de desenvolvimento do minúsculo verme Nematóides. A descoberta revela como as células mantêm o crescimento e o desenvolvimento planejados, coordenando uma série de explosões de atividade genética cuidadosamente cronometradas.
Cientistas identificam um relógio mestre de desenvolvimento
Há alguns anos, o professor da CSHL, Christopher Hammell, e seus colegas descobriram que Nematóides Impulsionado por pulsos de expressão genética. Essas explosões de atividade genética ocorrem sequencialmente e ajudam a guiar o organismo em cada estágio de crescimento.
O que ainda não está claro é como o tempo desses pulsos é tão preciso.
A equipe de pesquisa descobriu agora que duas proteínas, MYRF-1 e LIN-42, formam um ciclo de feedback que serve como relógio central de desenvolvimento do genoma do C. elegans. Juntos, eles determinam quando cada pulso de expressão genética começa e quanto tempo dura. Os pesquisadores dizem que este é o primeiro exemplo de um relógio circadiano não repetitivo.
“Este é o relógio central de todas as células do verme”, explica Hamel. “É responsável por coordenar uma série limitada de pulsos sequenciais de expressão genética que devem ocorrer apenas uma vez e em sequência para a correta progressão do desenvolvimento. É como uma catraca. Liga e desliga os genes muitas vezes durante o desenvolvimento, mas, em última análise, só vai 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.
Seus resultados sugerem que o MYRF-1 desempenha vários papéis importantes durante o desenvolvimento. Esta proteína atua como um gatilho para iniciar cada estágio de desenvolvimento e também é necessária para o ponto de verificação que marca sua conclusão.
Assim que a atividade genética aumenta, o MYRF-1 ativa o LIN-42. O LIN-42 ajuda então a regular a intensidade e a duração do pulso genético. Juntas, estas duas proteínas garantem que o desenvolvimento prossegue na ordem correcta e ao ritmo apropriado.
Quando os pesquisadores bloquearam o MYRF-1, todo o programa de desenvolvimento entrou em colapso.
“Nunca vimos nada assim antes”, disse Hamel. “O MYRF-1 faz parte do relógio regulador mestre em todas as células, mas também atua como um criador de chaves e uma chave mestra para cada estágio de crescimento. Sem a chave certa para cada estágio, o desenvolvimento será difícil e o progresso será impossível.”
Descubra 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 células diferentes.
Uma das questões mais interessantes é se os relógios celulares únicos se comunicam entre si durante o desenvolvimento.
“O circuito MYRF-1/LIN-42 opera em todas as células”, disse Hamel. “Quando você olha para o desenvolvimento normal, cada um desses relógios celulares independentes parece estar sincronizado. Mas eles se comunicam entre si? Nunca pensamos profundamente sobre isso antes.”
Impacto potencial nas deficiências de desenvolvimento
Compreender como os relógios de desenvolvimento operam e permanecem sincronizados pode 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 o sistema de cronometragem interno do corpo mantém o crescimento avançando, as descobertas podem, em última análise, apontar para novas formas de abordar situações em que o desenvolvimento normal é interrompido.
Como um trem finalmente recebendo o sinal para sair da estação, o relógio MYRF-1/LIN-42 recém-descoberto parece ajudar a garantir que o desenvolvimento avance de forma constante, um estágio de cada vez.
