Estudo encontra canibalismo celular generalizado e fenômenos relacionados em toda a árvore da vida
Além de competir por recursos, as células vivas matam e comem umas às outras ativamente. Novas explorações destes fenómenos “célula em célula” mostram que eles não estão restritos às células cancerígenas, mas são uma faceta comum dos organismos vivos, em toda a árvore da vida. Crédito:Jason Drees, Universidade Estadual do Arizona Num novo artigo de revisão, Carlo Maley e colegas da Arizona State University descrevem fenómenos célula-a-célula em que uma célula engole e por vezes consome outra. O estudo mostra que casos desse comportamento, incluindo canibalismo celular, estão disseminados por toda a árvore da vida.
As descobertas desafiam a percepção comum de que os eventos célula-a-célula estão amplamente restritos às células cancerígenas. Em vez disso, estes eventos parecem ser comuns em diversos organismos, desde amebas unicelulares até animais multicelulares complexos.
A ocorrência generalizada de tais interações em células não cancerosas sugere que esses eventos não são comportamentos inerentemente “egoístas” ou “cancerígenos”. Em vez disso, os investigadores propõem que os fenómenos célula-a-célula podem desempenhar papéis cruciais no desenvolvimento normal, na homeostase e na resposta ao stress numa vasta gama de organismos.
O estudo argumenta que o direcionamento de eventos célula-a-célula como uma abordagem para o tratamento do câncer deve ser abandonado, uma vez que esses fenômenos não são exclusivos da malignidade.
Ao demonstrar que as ocorrências abrangem uma vasta gama de formas de vida e estão profundamente enraizadas na nossa composição genética, a investigação convida-nos a reconsiderar conceitos fundamentais de cooperação celular, competição e a natureza complexa da multicelularidade. O estudo abre novos caminhos para pesquisas em biologia evolutiva, oncologia e medicina regenerativa.
A pesquisa, publicada em Scientific Reports , é o primeiro a investigar sistematicamente os fenômenos célula-a-célula na árvore da vida. As descobertas do grupo podem ajudar a redefinir a compreensão do comportamento celular e suas implicações para a multicelularidade, o câncer e a jornada evolutiva da própria vida.
“Começamos neste trabalho porque aprendemos que as células não competem apenas por recursos – elas matam-se e comem-se ativamente”, diz Maley. "Esse é um aspecto fascinante da ecologia das células cancerígenas. Mas uma exploração mais aprofundada revelou que estes fenómenos acontecem em células normais e, por vezes, nenhuma das células morre, resultando num tipo inteiramente novo de célula híbrida."
Maley é pesquisador do Biodesign Center for Biocomputing, Security and Society; professor da Escola de Ciências da Vida da ASU; e diretor do Arizona Cancer Evolution Center.
O estudo foi conduzido em colaboração com a primeira autora Stefania E. Kapsetaki, anteriormente na ASU e agora pesquisadora na Tufts University, e Luis Cisneros, anteriormente na ASU e atualmente pesquisador na Mayo Clinic.
De interações celulares egoístas a cooperativas
Os eventos célula-a-célula têm sido observados há muito tempo, mas permanecem pouco compreendidos, especialmente fora do contexto das respostas imunes ou do câncer. Os primeiros genes responsáveis pelo comportamento célula-a-célula datam de há mais de 2 mil milhões de anos, sugerindo que os fenómenos desempenham um papel importante - embora ainda a ser determinado - nos organismos vivos. Compreender as diversas funções dos eventos célula-a-célula, tanto na fisiologia normal quanto na doença, é importante para o desenvolvimento de terapias contra o câncer mais eficazes.
Árvore filogenética da multicelularidade e fenómenos célula-a-célula. Crédito:Relatórios Científicos (2024). DOI:10.1038/s41598-024-57528-7
A revisão investiga a ocorrência, os fundamentos genéticos e a história evolutiva dos fenômenos célula-a-célula, lançando luz sobre um comportamento que antes se pensava ser uma anomalia. Os pesquisadores revisaram mais de 500 artigos para catalogar as diversas formas de fenômenos célula-a-célula observadas na árvore da vida.
O estudo descreve 16 grupos taxonômicos diferentes nos quais ocorre o comportamento célula-a-célula. Os eventos célula-a-célula foram classificados em seis categorias distintas com base no grau de parentesco entre as células hospedeiras e as presas, bem como o resultado da interação (se uma ou ambas as células sobreviveram).
Um espectro de comportamentos célula-a-célula é destacado no estudo, desde atos completamente egoístas, onde uma célula mata e consome outra, até interações mais cooperativas, onde ambas as células permanecem vivas. Por exemplo, os pesquisadores encontraram evidências de “morte heteroespecífica”, onde uma célula engole e mata uma célula de uma espécie diferente, em uma ampla gama de organismos unicelulares, multicelulares facultativamente e multicelulares obrigatórios. Em contraste, a “morte co-específica”, onde uma célula consome outra célula da mesma espécie, era menos comum, observada em apenas três dos sete principais grupos taxonômicos examinados.
Organismos multicelulares obrigatórios são aqueles que devem existir em forma multicelular durante todo o seu ciclo de vida. Eles não podem sobreviver ou funcionar como células únicas. Os exemplos incluem a maioria dos animais e plantas. Organismos multicelulares facultativos são organismos que podem existir como células únicas ou em forma multicelular, dependendo das condições ambientais. Por exemplo, certos tipos de algas podem viver como células únicas em algumas condições, mas formar colônias multicelulares em outras.
A equipe também documentou casos de fenômenos célula-a-célula em que tanto as células hospedeiras quanto as presas permaneceram vivas após a interação, sugerindo que esses eventos podem servir funções biológicas importantes, além de apenas matar concorrentes.
“Nossa categorização dos fenômenos célula-a-célula na árvore da vida é importante para uma melhor compreensão da evolução e do mecanismo desses fenômenos”, diz Kapsetaki. "Por que e como exatamente eles acontecem? Esta é uma questão que requer uma investigação mais aprofundada em milhões de organismos vivos, incluindo organismos onde os fenômenos célula-a-célula podem ainda não ter sido pesquisados."
Genes antigos
Além de catalogar os diversos comportamentos célula-a-célula, os pesquisadores também investigaram as origens evolutivas dos genes envolvidos nesses processos. Surpreendentemente, eles descobriram que muitos dos principais genes célula-a-célula surgiram muito antes da evolução da multicelularidade obrigatória.
“Quando olhamos para genes associados a mecanismos célula-a-célula conhecidos em espécies que divergiram da linhagem humana há muito tempo, descobrimos que os ortólogos humanos (genes que evoluíram a partir de um gene ancestral comum) estão tipicamente associados a funções normais da multicelularidade, como a vigilância imunológica", diz Cisneros.
No total, foram identificados 38 genes associados a fenómenos célula-em-célula, e 14 deles tiveram origem há mais de 2,2 mil milhões de anos, antecedendo o ancestral comum de alguns organismos facultativamente multicelulares. Isto sugere que a maquinaria molecular para o canibalismo celular evoluiu antes das principais transições para a multicelularidade complexa.
Os antigos genes célula-em-célula identificados no estudo estão envolvidos em uma variedade de processos celulares, incluindo adesão célula-célula, fagocitose (engolimento), morte intracelular de patógenos e regulação do metabolismo energético. Esta diversidade de funções indica que os eventos célula-a-célula provavelmente desempenharam papéis importantes mesmo em organismos unicelulares e multicelulares simples, muito antes do surgimento da vida multicelular complexa.
