Durante o desenvolvimento, as células de um embrião se dividem até que um organismo totalmente funcional emerja. Um componente da célula é especialmente importante durante este processo:o córtex celular. Essa fina rede de estruturas de filamentos semelhantes a cabelos (chamadas actina) logo abaixo da membrana celular é o principal determinante da forma da célula e está envolvida em quase tudo que uma célula faz, como mover, dividir ou sentir seu ambiente.
No entanto, o córtex deve primeiro ser construído a partir de moléculas únicas e, se não for construído corretamente, as células de um organismo nunca chegariam ao lugar certo para desempenhar suas funções. Uma equipe internacional de pesquisadores do Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) em Dresden, do Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems (MPI-PKS) e do Cluster of Excellence Physics of Life (PoL) ) na TU Dresden estudaram a formação desse córtex celular dinâmico no verme Caenorhabditis elegans.

Eles descobriram que milhares de condensados ​​dinâmicos e de curta duração, semelhantes a gotículas, compostos de filamentos de actina, controlam a geração de um primeiro córtex, no momento em que um óvulo não fertilizado transita para um embrião após a fertilização. Os princípios descobertos neste estudo ajudam a entender como a formação de estruturas subcelulares é controlada.

Logo após a fertilização de um óvulo, começa a formação do córtex celular, e leva cerca de dez minutos até que esteja totalmente formado. O córtex consiste em filamentos de actina e proteínas motoras, que são organizadas em uma densa rede reticulada. A dinâmica do córtex decorre de proteínas motoras puxando os filamentos de actina, gerando estresses que resultam em tensão cortical.

Essa tensão cortical impulsiona, por exemplo, a forma das células, sua capacidade de sentir seu ambiente e sua capacidade de desempenhar suas funções em nossos corpos. A dinâmica do córtex celular foi intensamente estudada no passado, mas o mecanismo pelo qual o córtex celular é ativado pela primeira vez logo após a fertilização é desconhecido. É crucial entender os princípios por trás da formação do córtex celular, uma vez que está envolvido em quase todas as funções da célula, e a organização cortical inadequada leva a um comprometimento dos principais processos celulares e de desenvolvimento.

Os condensados ​​de proteína têm vida curta e garantem o desenvolvimento adequado

Para investigar como o córtex celular é ativado, uma equipe interdisciplinar de pesquisadores do MPI-CBG, MPI-PKS e PoL estudou esse processo na lombriga C. elegans.

"Conseguimos observar como a actina e as proteínas nucleadoras de actina WSP-1 e ARP2/3 se juntaram para formar condensados ​​que duravam apenas alguns segundos, apenas para desmontar logo em seguida. Esses condensados ​​garantem que haja a quantidade certa de filamentos de actina Para mim, a beleza dessas estruturas, feitas de filamentos de actina altamente ramificados, como um floco de neve, está no que sua dinâmica nos ensina sobre a química não convencional da matéria viva", explica Arjun Narayanan , um dos principais autores do estudo e pesquisador do grupo de Stephan Grill, diretor do MPI-CBG.

Victoria Tianjing Yan, a outra autora principal, diz que eles “desenvolveram nosso próprio método de imagem e análise de imagem, chamado de imagem de balanço de massa, para estudar como a estrutura dos condensados ​​de curta duração cresce e evolui”. Durante seus estudos, os pesquisadores descobriram que as reações químicas internas controlam a rapidez com que um condensado cresce e quando ele encolhe. Assim, os condensados ​​corticais organizam de forma robusta seu próprio ciclo de vida, em grande parte independente de seu ambiente externo.

Grill diz que eles "concluem que os condensados ​​no córtex celular representam um novo tipo de condensado biomolecular impulsionado por reações químicas específicas para montar e desmontar em segundos. Sugerimos que esses condensados ​​de curta duração controlam a ativação do córtex celular e a precisão delicada de sua arquitetura crescente após a fertilização do oócito de C. elegans."

Frank Jülicher, diretor do MPI-PKS e outro autor supervisor, diz que "este estudo é mais um exemplo de ponte entre física e biologia aqui em Dresden. Nosso ambiente interativo com biólogos e físicos teóricos juntos garante novas abordagens interdisciplinares para desvendar a física da biologia processos".

A pesquisa foi publicada na Nature . + Explorar mais

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