“Como são gerados os diferentes tipos de células no corpo durante o desenvolvimento embrionário a partir de um ovo, que é apenas uma célula? Essa é uma das questões mais fundamentais da biologia ”, explica o Dr. Pierre Neveu, líder de grupo da EMBL Heidelberg, estabelecendo a lógica por trás da pesquisa que ele e seu grupo realizaram em colaboração com o grupo do Dr. Lars Hufnagel.
Embora a resposta a essa pergunta seja essencial para entender como os organismos multicelulares se formam, estudar os mecanismos de desenvolvimento que impulsionam essa diversificação celular no nível de célula única, em todo o genoma e em todo o embrião é uma tarefa desafiadora. “Até o momento, não temos um entendimento abrangente dos programas de expressão gênica. Eles instruem as células individuais a formar os diferentes tipos de células necessárias para construir um embrião ”, explica a Dra. Hanna Sladitschek, primeira autora do estudo - um ex-pós-doutorado da EMBL Heidelberg e agora da Faculdade de Medicina da Universidade de Pádua. Apesar dos recentes avanços no campo, uma representação completa do desenvolvimento embrionário, responsável por todas as células no espaço e no tempo, não foi alcançada até agora.
Os pesquisadores da EMBL conseguiram resolver esse problema construindo um 'embrião virtual ' de Phallusia mammillata - um tipo de organismo marinho conhecido como esguicho do mar, encontrado no mar Mediterrâneo e no Oceano Atlântico. Esta espécie foi escolhida como um sistema modelo porque está relacionada aos vertebrados e cada indivíduo tem o mesmo número de células, facilitando a combinação de observações de muitos espécimes.
Esse embrião virtual descreve a expressão gênica e a morfologia de cada célula de um embrião em todas as divisões celulares nos estágios iniciais de desenvolvimento - mostrando a evolução de uma única célula para o estágio de 64 células. Após essas sete primeiras divisões celulares, os destinos do futuro cordão nervoso, cérebro, células germinativas, precursores de células sanguíneas e músculos já estão especificados. Isso faz com que seja a primeira descrição completa do desenvolvimento inicial, responsável por todas as células de um embrião. Ele descreve a expressão gênica - como a informação genética de uma célula é expressa e exibida - e a posição espacial. Para gerar esse atlas abrangente, os pesquisadores combinaram transcriptômica de célula única de alta resolução e imagem em folha de luz.
"Nosso modelo mostra que é possível conhecer a localização e o histórico de uma célula individual analisando sua expressão genética", diz Neveu. "Além disso, descobrimos que, embora a regulação da expressão gênica seja muito precisa dentro de um embrião, as diferenças no tempo de desenvolvimento explicam a variação observada entre os embriões individuais".
Considera-se geralmente que a expressão gênica é um processo barulhento - em outras palavras, que mostra um elemento aleatório -, mas os novos resultados mostram que é notavelmente reproduzível e coordenada entre as células de um embrião. “Como é alcançada essa coordenação? Como o embrião se coordena entre as duas metades embrionárias simétricas em espelho? ” diz Neveu, destacando algumas das novas perguntas que os cientistas gostariam de responder.
"Nossos estudos representam um salto em frente no campo emergente da genômica do desenvolvimento", diz Hufnagel. "Agora que trabalhamos com um organismo com um pequeno número de células, é claro que será muito interessante estender nosso trabalho a mamíferos, que têm muito mais células!"
Pesquisa: Mirage
Embora a resposta a essa pergunta seja essencial para entender como os organismos multicelulares se formam, estudar os mecanismos de desenvolvimento que impulsionam essa diversificação celular no nível de célula única, em todo o genoma e em todo o embrião é uma tarefa desafiadora. “Até o momento, não temos um entendimento abrangente dos programas de expressão gênica. Eles instruem as células individuais a formar os diferentes tipos de células necessárias para construir um embrião ”, explica a Dra. Hanna Sladitschek, primeira autora do estudo - um ex-pós-doutorado da EMBL Heidelberg e agora da Faculdade de Medicina da Universidade de Pádua. Apesar dos recentes avanços no campo, uma representação completa do desenvolvimento embrionário, responsável por todas as células no espaço e no tempo, não foi alcançada até agora.
 |
| Animação mostrando uma visualização 4D dos padrões de expressão de célula única. (Foto: Hanna Sladitschek / EMBL) |
Esse embrião virtual descreve a expressão gênica e a morfologia de cada célula de um embrião em todas as divisões celulares nos estágios iniciais de desenvolvimento - mostrando a evolução de uma única célula para o estágio de 64 células. Após essas sete primeiras divisões celulares, os destinos do futuro cordão nervoso, cérebro, células germinativas, precursores de células sanguíneas e músculos já estão especificados. Isso faz com que seja a primeira descrição completa do desenvolvimento inicial, responsável por todas as células de um embrião. Ele descreve a expressão gênica - como a informação genética de uma célula é expressa e exibida - e a posição espacial. Para gerar esse atlas abrangente, os pesquisadores combinaram transcriptômica de célula única de alta resolução e imagem em folha de luz.
"Nosso modelo mostra que é possível conhecer a localização e o histórico de uma célula individual analisando sua expressão genética", diz Neveu. "Além disso, descobrimos que, embora a regulação da expressão gênica seja muito precisa dentro de um embrião, as diferenças no tempo de desenvolvimento explicam a variação observada entre os embriões individuais".
Considera-se geralmente que a expressão gênica é um processo barulhento - em outras palavras, que mostra um elemento aleatório -, mas os novos resultados mostram que é notavelmente reproduzível e coordenada entre as células de um embrião. “Como é alcançada essa coordenação? Como o embrião se coordena entre as duas metades embrionárias simétricas em espelho? ” diz Neveu, destacando algumas das novas perguntas que os cientistas gostariam de responder.
"Nossos estudos representam um salto em frente no campo emergente da genômica do desenvolvimento", diz Hufnagel. "Agora que trabalhamos com um organismo com um pequeno número de células, é claro que será muito interessante estender nosso trabalho a mamíferos, que têm muito mais células!"
Pesquisa: Mirage