Pesquisadores encontram guias de 'baºssola celular' para divisão de células-tronco em plantas
Bia³logos observando a formaa§a£o de folhas notaram que os núcleos se moviam de maneira desconcertante. Outras investigaa§aµes revelaram proteanas que agem como baºssolas e motores, guiando as divisaµes de células individuais para criar o padrão
As células-tronco encarregadas de criar e manter tecidos biola³gicos tem uma tarefa difacil. Eles precisam se dividir com precisão para formar novas células especializadas, destinadas a destinos diferentes, embora contenham DNA idaªntico. Uma questãoa³bvia então anã: como as células se dividem de todas as maneiras certas para produzir um tecido sauda¡vel? Esta foi a grande questãomotivadora para Andrew Muroyama, um pa³s-doutorado no laboratório do bia³logo da Universidade de Stanford Dominique Bergmann , enquanto monitorava dias de desenvolvimento foliar na planta com flor Arabidopsis thaliana. La¡, entre mil células sob seu microsca³pio, ele notou que o núcleo - o centro de controle contendo DNA na canãlula - se movia de maneiras inesperadas e estranhamente intencionais conforme as células-tronco se dividiam.
A imagem de uma muda em desenvolvimento mostra os contornos celulares
na epiderme, a camada mais externa da folha.
(Crédito da imagem: Andrew Muroyama)
Uma pesquisa anterior do laboratório de Bergmann identificou um conjunto de proteanas que se movem para um lado da canãlula-tronco antes da divisão. Essas proteanas pareciam regular como a canãlula-tronco se dividia, mas os verdadeiros mecanismos de controle eram desconhecidos. Esses núcleos em movimento revelaram-se a chave desse mistanãrio.
Em um artigo publicado em 17 de setembro na Current Biology , os pesquisadores relatam que essas proteanas distribuadas assimetricamente agem como uma baºssola dentro da canãlula para instruir o núcleo para onde ir. A posição nuclear, por sua vez, controla os padraµes de divisão das células-tronco, que acabam criando poros minaºsculos, chamados esta´matos, em toda asuperfÍcie da folha. Como os esta´matos permitem que as folhas equilibrem seus naveis de águae dia³xido de carbono, o alinhamento nuclear por meio dessas baºssolas de proteanas em miniatura dentro das células-tronco individuais tem o potencial de afetar a função das folhas.
“Acho que nossa pesquisa destaca que a capacidade de observar o comportamento das ma¡quinas celulares nos organismos vivos pode revelar maneiras inesperadamente elegantes de as células individuais cooperarem para construir tecidosâ€, disse Muroyama, que éo principal autor do artigo. “Vocaª pode pensar que algo tão fundamental como a divisão celular estaria completamente resolvido agora, mas ainda hámuito a aprender.â€
Siga o núcleo saltitante
O laboratório Bergmann transforma a Arabidopsis em arte fluorescente sob o microsca³pio. Os núcleos verdes brilhantes se mexem dentro das membranas celulares roxas. Observe com atenção, como fez Muroyama, e vera¡ o processo usual para a divisão celular assimanãtrica: quando uma canãlula-tronco de Arabidopsis se divide pela primeira vez, o núcleo se move para um lado. Dessa forma, as células-filhas resultantes tera£o tamanhos diferentes e enfrentara£o vizinhos diferentes. Eventualmente, essas duas células estãodestinadas a desempenhar papanãis diferentes no intrincado padrãofinal da folha.
Mas continue observando e o núcleo de uma canãlula filha se move novamente, correndo para o lado oposto da canãlula, onde passara¡ por uma segunda divisão assimanãtrica.
“Quando Andrew me mostrou os vadeos das células, foi muito bizarroâ€, disse Bergmann, que éprofessor de biologia na Escola de Humanidades e Ciências e autor saªnior do artigo. “Eu pensei, 'Por que diabos um núcleo se comportaria dessa maneira?' O primeiro movimento faz sentido, mas o segundo, na direção totalmente oposta, foi estranho. â€
Para entender o que estavam vendo, os pesquisadores realizaram vários experimentos para separar os diferentes fatores que influenciam as células durante a divisão.
Os pesquisadores já sabiam sobre a baºssola celular, mas não tinham certeza do que ela guiava ou como funcionava. Ao repelir o núcleo antes da primeira divisão, a baºssola cria o primeiro conjunto de filhas assimanãtricas. Mas, ao atrair o núcleo imediatamente depois, a baºssola pode criar um novo conjunto de filhas assimanãtricas do outro lado.
“Uma etapa cratica para entender a função da segunda migração foi pensar sobre a história mais longa das células-troncoâ€, disse Muroyama. “A planta não quer gerar novas células-tronco ao lado das que acabaram de ser criadas. Ele quer espaa§a¡-los, então mover o núcleo logo após a divisão o prepara para o sucesso ao criar um segundo conjunto de filhas. â€
Os pesquisadores também descobriram uma proteana que auxilia o movimento nuclear - pense em um motor que aciona o núcleo na direção certa. A desativação desse motor impediu a segunda migração do núcleo e as folhas resultantes tinham menos esta´matos do que o normal, o que poderia prejudicar a capacidade da planta de regular o conteaºdo de águae absorver dia³xido de carbono.
Tambanãm se sabia que as células dasuperfÍcie da folha se comunicam entre si para regular as divisaµes das células-tronco. Curiosos para saber se a baºssola celular ou a comunicação canãlula a canãlula era a pista dominante para controlar como as células-tronco se dividem, os pesquisadores modificaram as células para que não pudessem receber sinais de células vizinhas e observaram os núcleos saltando. Sem essa comunicação, a baºssola aparece no lugar errado dentro da canãlula, mas ainda pode mover o núcleo de maneiras previsaveis. Isso mostrou que, no que diz respeito a s células-tronco das folhas, o núcleo seguira¡ as instruções da baºssola celular, mesmo que seja direcionado de forma errada.
Provando que estãoerrados
Como pra³ximo passo, um estudante de graduação no laboratório de Bergmann já estãose aprofundando no propa³sito da baºssola celular, com particular interesse nas diferentes maneiras como essa baºssola pode controlar as divisaµes celulares e o destino.
De forma mais ampla, essas descobertas apontam para uma maneira diferente de estudar células-tronco que se concentra menos exclusivamente na jornada de uma canãlula. Em alguns sistemas, as divisaµes individuais que parecem definir a vida de uma canãlula podem, na verdade, apenas ter significado dado o que acontece a seguir e nas proximidades.
“Olhando para trás há10 anos, para o que pensa¡vamos ser importante para uma canãlula-tronco, praticamente provamos que esta¡vamos erradosâ€, disse Bergmann. “Esta¡vamos muito focados nos detalhes do que uma canãlula-tronco fazia em um tempo e lugar específicos. Agora entendemos que a história e a comunidade são importantes. Temos que olhar para a canãlula-tronco e sua ma£e e ava³ e seus vizinhos. â€