A pesquisa examina como as decisões de desenvolvimento embrionário são controladas por múltiplos caminhos simultaneamente

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Crédito:Pixabay/CC0 Domínio Público

Uma equipe de pesquisa da Rice University liderada por Aryeh Warmflash fez progressos na compreensão dos processos que orientam o desenvolvimento embrionário humano. As descobertas do grupo foram publicadas na revista Cells Systems 15 de maio.

O desenvolvimento embrionário, a jornada de um único óvulo fertilizado até um organismo complexo, é orquestrado por interações complexas entre sinais bioquímicos. Mas os mecanismos por detrás da forma como as células interpretam estes sinais para tomar decisões cruciais de desenvolvimento permanecem indefinidos.

“Nosso artigo aborda uma questão fundamental:como essas decisões são controladas por múltiplos caminhos simultaneamente?” disse Warmflash, professor associado de biociências e bioengenharia.

A equipe inclui pesquisadora associada de pós-doutorado e atual líder de grupo do Centro Andaluz de Biologia do Desenvolvimento Elena Camacho-Aguilar; Sumin Yoon, graduada em antropologia cultural/médica; os alunos de doutorado Miguel A. Ortiz-Salazar e Siqi Du; e técnica de laboratório M. Cecília Guerra. Juntos, eles concentraram seu estudo na gastrulação humana, um estágio crucial em que as células se diferenciam nas três camadas germinativas do embrião:ectoderme, mesoderme e endoderme.

Embora pesquisas anteriores tenham identificado o envolvimento de vários sinais, como a proteína morfogenética óssea (BMP) e o local de integração sem asas (WNT) durante a gastrulação, os mecanismos precisos subjacentes à forma como as células os interpretam para se desenvolverem em diferentes tipos de células permaneceram obscuros.

Para encontrar uma resposta, os investigadores recorreram às células estaminais pluripotentes humanas (hPSCs), que imitam o estado das células imediatamente antes da gastrulação. Eles levantaram a hipótese de que a duração e a concentração dos sinais de BMP poderiam ditar o destino das células e desenvolveram experimentos expondo hPSCs a variados sistemas de sinais de BMP.

Contrariamente às suposições anteriores, o estudo revelou que a duração da exposição ao sinal BMP, e não a sua força, desempenha um papel crucial na determinação do destino celular. Exposições semelhantes a pulsos a altas concentrações de BMP provocaram mudanças significativas, particularmente em relação ao mesoderma, enquanto sinais contínuos de baixo nível produziram resultados menos pronunciados.

A modelagem matemática desses processos permitiu aos pesquisadores prever os resultados do destino para qualquer combinação de sinais BMP e WNT. A equipe construiu um “mapa do destino” abrangente que prevê esses resultados. Aproveitando este mapa, os pesquisadores desenvolveram um novo protocolo que otimiza a formação do mesoderma, relevante para outros campos, como a medicina regenerativa.

“Nossas descobertas ressaltam a importância de compreender a dinâmica de sinalização na orientação das decisões sobre o destino das células”, disse Camacho-Aguilar. “Ao decifrar esses mecanismos, podemos adaptar protocolos de diferenciação eficientes que podem ser relevantes para aplicações terapêuticas”.

Mais informações: Elena Camacho-Aguilar et al, Interpretação combinatória de BMP e WNT controla a decisão entre linhagem primitiva e destinos extraembrionários, Sistemas Celulares (2024). DOI:10.1016/j.cels.2024.04.001
Informações do diário: Sistemas Celulares

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