De insetos a aranhas, a estrutura corporal segmentada dos artrópodes há muito fascina os biólogos por causa de sua aparência conservada e diversas origens de desenvolvimento. Embora a Drosophila tenha sido extensivamente estudada, outros artrópodes permanecem pouco compreendidos em escalas genômicas comparáveis. Um novo estudo muda isso ao aplicar tecnologia avançada de célula única que captura a atividade de células individuais, uma por uma, para revelar como ocorre a divisão celular na aranha doméstica comum, Termolipídeos.
O estudo foi conduzido por Takanori Akaiwa, Dr. Yasuko Akiyama-Oda do Instituto JT de Biohistória da Universidade de Osaka e da Universidade Médica de Osaka. Suas descobertas foram publicadas na Communications Biology. Usando sequenciamento de RNA de núcleo único, técnica que mede os genes transcritos em cada núcleo celular, a equipe gerou um mapa molecular detalhado de um embrião de aranha em um estágio crítico quando é segmentado ao longo do eixo ântero-posterior, ou cabeça-cauda.
Ao examinar os estados celulares na resolução unicelular, ou observar o desenvolvimento ao nível de cada célula individual, os investigadores foram capazes de observar padrões que reflectiam o surgimento de segmentos corporais repetidos. Isso revela como as células ectodérmicas que mais tarde dão origem ao tecido epidérmico e neural estão dispostas de forma que corresponde à cabeça, tórax e regiões posteriores. Na verdade, eles demonstraram que padrões de expressão genética estabelecidos dinamicamente – as instruções para o DNA ligar e desligar – podem ser visualizados e quantificados em milhares de células. Alguns padrões aparecem como zonas em áreas específicas, outros aparecem como listras produzidas por divisões e oscilações semelhantes a ondas, que ajudam a moldar o corpo da aranha. Isto mostra que embora os artrópodes partilhem um corpo segmentado, os passos moleculares variam amplamente entre as espécies.
Um dos principais avanços da pesquisa foi a capacidade de reconstruir o arranjo axial das células da aranha, reconstruindo essencialmente o modelo do corpo de cima para baixo com base apenas em dados moleculares. O alinhamento ao longo deste eixo permite que a ordem correta das partes do corpo apareça. Como explica o Dr. Akiyama-Oda, “a reconstrução do padrão axial usando apenas dados de sequenciamento de núcleo único não foi relatada em outros animais. Nossas principais observações indicam um estado polarizado de células ectodérmicas que fornece a base para a formação de listras.” Isto demonstra como as aranhas fornecem um modelo poderoso para estudar a segmentação além da Drosophila.
O estudo também identificou novos estados celulares na mesoderme (a camada que forma os músculos e órgãos internos) e na endoderme (que dá origem ao intestino e tecidos relacionados). Essas descobertas destacam a diversidade celular durante o desenvolvimento. É importante ressaltar que a análise da equipe revelou mais de 200 genes que podem reconstruir matematicamente padrões de listras segmentadas, uma descoberta que poderia ajudar a construir modelos preditivos de desenvolvimento embrionário. Os modelos preditivos são representações simplificadas que permitem aos cientistas testar ideias e prever os resultados dos processos biológicos. Como aponta o Dr.
A pesquisa tem implicações muito além das aranhas. Akaiwa, Dr. Akiyama-Oda enfatizam que, ao demonstrar que mapas detalhados de expressão gênica, ou mapas de como os genes estão ativos no corpo, podem ser construídos sem depender de modelos estabelecidos como Drosophila, sua pesquisa oferece a oportunidade de explorar as origens da diversidade de desenvolvimento em todo o reino animal. Mostra que, embora os resultados sejam conservadores, a segmentação é alcançada através de múltiplos caminhos – sublinhando a flexibilidade da evolução na formação dos padrões fundamentais da vida.
Referência do diário
Akaiwa T., Oda H., Akiyama-Oda Y. “Dissecção quantitativa em todo o genoma de planos corporais segmentados por artrópodes com resolução unicelular.” Biologia das Comunicações, 2025; 8:913. Número digital: https://doi.org/10.1038/s42003-025-08335-x
Sobre o autor
Akaiwa Takanori é um cientista emergente especializado em biologia do desenvolvimento, celular e molecular. Graduado pela Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade de Kyoto com mestrado, pela Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade de Osaka com doutorado, e ingressou no Laboratório Oda do Instituto JT de História da Biologia. O Sr. Akaiwa interessou-se pelo projeto “Biologia do Desenvolvimento da Aranha” no laboratório de Oda. Ele colaborou com o Dr. Yasuko Akiyama-Oda para aplicar tecnologia de sequenciamento de RNA unicelular e de núcleo único para Termolipídeos Embrião de aranha. Ele não apenas adquiriu conjuntos de dados de alta qualidade, mas também desenvolveu técnicas computacionais, por ex. certo e Pitãoanalise o conjunto de dados. Seus esforços ajudaram a demonstrar o poder do sequenciamento de RNA de núcleo único na biologia do desenvolvimento de aranhas. Atualmente está preparando sua tese de doutorado.
Dr.Hiroki Oda Ele é cientista e líder de equipe do JT Institute for the History of Biology e professor visitante na Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade de Osaka. Ele trabalha na interseção da biologia celular, do desenvolvimento e evolutiva. Seu trabalho se concentra na compreensão das origens da diversidade animal e nas principais mudanças ou transições nos sistemas celulares e de desenvolvimento. Ele inicialmente estudou sistemas de adesão intercelular usando Drosophila melanogastermas desde 2000 sua pesquisa se expandiu para uma gama mais ampla de animais, incluindo aranhas. Juntamente com o Dr. Yasuko Akiyama-Oda, ele começou a usar esta espécie para conduzir pesquisas sobre a biologia do desenvolvimento das aranhas. Termolipídeos e demonstra o poder desta aranha como organismo modelo, particularmente entre os artrópodes quelicerados. Ele contribuiu para o desenvolvimento tecnológico das aranhas e para o aprimoramento da pesquisa evolutiva-evolutiva.
Dra. Yasuko Akiyama Oda Ele é cientista do JT Institute of Biological History e também é afiliado à Osaka Medical and Pharmaceutical University. Seus interesses de pesquisa estão em biologia do desenvolvimento e evolução, com foco na embriogênese inicial em artrópodes. Depois de estudar inicialmente os mecanismos de diferenciação celular Drosophila melanogaster Ainda embrionária, ela se interessou pela diversidade dos sistemas de desenvolvimento. Por volta de 2000, ela começou a estudar o desenvolvimento inicial de aranhas domésticas comuns com o Dr. Hiroki Oda. Termolipídeose descobriram que existe uma fonte de sinal secretor que quebra a simetria nos primeiros embriões de aranha. Ela aplicou com sucesso a interferência de RNA parental para analisar a função genética Pseudoestearato embrião, preparando o terreno para que esta espécie de aranha se torne um organismo modelo chave para artrópodes. Seu trabalho destacou mecanismos contrastantes de desenvolvimento inicial em aranhas e moscas-das-frutas, e ela continua a promover estudos de todo o genoma para elucidar ainda mais a diversidade de desenvolvimento dos artrópodes.
