Estudo identifica resposta celular à pressão em embriões de estrelas do mar
Um embrião de estrela do mar fotografado em um microscópio confocal, mostrando membranas celulares em cinza e núcleos em ciano. Crédito:Vanessa Barone Uma equipe internacional de cientistas descobriu um novo mecanismo celular que explica como as células podem se adaptar às mudanças de pressão durante o crescimento dos tecidos, adquirindo uma forma única.
Pesquisadores do Scripps Institution of Oceanography da UC San Diego, da Hopkins Marine Station da Universidade de Stanford e do Instituto de Biomedicina de Sevilha (IBiS), na Espanha, lideraram a pesquisa, que é inovadora pelo uso de embriões de estrelas do mar como organismos modelo neste contexto. Suas descobertas foram publicadas na revista Desenvolvimento em 7 de maio.
O trabalho de laboratório foi conduzido no Centro de Biotecnologia e Biomedicina Marinha (CMBB) da Scripps Oceanography no Laboratório Lyons, que se concentra no avanço do campo da biologia evolutiva do desenvolvimento usando invertebrados marinhos. O estudo é notável pela utilização de embriões marinhos – especificamente o embrião da estrela do mar Patiria miniata – para compreender como as células lidam com as mudanças no seu ambiente físico.
"Nossa pesquisa mostra que as células assumem uma forma geométrica incomum em resposta à pressão. Ela esclarece como as células lidam com as mudanças em seu ambiente físico, que acontecem dinamicamente em todos os tecidos", disse a autora principal Vanessa Barone, que conduziu o trabalho enquanto pesquisador de pós-doutorado na Scripps Oceanography.
"É também um exemplo fascinante de como o estudo de um organismo marinho pode levar a um conhecimento amplamente relevante da biologia celular fundamental."
Os autores disseram que os resultados podem ter implicações futuras para a compreensão de como as células saudáveis poderiam se adaptar à pressão exercida pelas células tumorais que crescem de forma incontrolável.
Embora a forma geométrica incomum das células, um escutóide, já tivesse sido descrita antes, pensava-se que ocorria principalmente devido à forma do tecido no qual as células estão inseridas. Os escutóides têm formato semelhante a um prisma, com seis lados na parte superior e cinco lados na parte inferior.
Trabalhos anteriores mostraram que quando o tecido é curvado de uma certa maneira, como em tubos ou em forma de ovo, uma proporção das células se tornará escutóides porque essa é a forma energeticamente favorável para se ter nessa situação.
No novo estudo, os investigadores usaram uma combinação de imagens ao vivo do desenvolvimento de embriões de estrelas do mar, análise detalhada de imagens e modelação computacional para mostrar que as células também se tornam escutóides noutras circunstâncias, muito mais comuns.
Eles descobriram que as células se tornaram escutóides após a ocorrência de divisões celulares em tecidos epiteliais compactos. As células são os blocos de construção dos animais. Durante o desenvolvimento embrionário, essas células se dividem rapidamente, aumentando em número.
As células epiteliais distinguem-se pelas suas fortes interligações e capacidade de cobrir superfícies do corpo. Essas células formam camadas que criam uma barreira protetora, separando as superfícies externas das cavidades internas em animais adultos. Além disso, o tecido epitelial forma glândulas e é o tecido predominante em muitos órgãos, como o fígado ou os rins. Embrião de Patiria miniata WT, visão animal. Projeção máxima de vídeo confocal de lapso de tempo de um embrião WT expressando um marcador de membrana (mYFP, amarelo) e um marcador nuclear (n-RFP, ciano) fotografado entre os estágios de 32 e 2.000 células. Visão animal (observe os corpos polares). Barras de escala, 50 μm. Intervalo de quadros de 6 minutos, 7 fps. Crédito:Desenvolvimento (2024). DOI:10.1242/dev.202362 À medida que o número destas células aumenta, muitas vezes elas precisam se ajustar a um espaço limitado, o que leva à compactação do tecido. Portanto, as células epiteliais devem organizar-se de forma eficaz, ao mesmo tempo que suportam a pressão das células vizinhas que também estão em proliferação. Este estudo demonstra que as células epiteliais provavelmente foram capazes de acomodar as células recém-formadas, adotando uma forma escutóide.
“Ao observar os embriões das estrelas do mar, estamos a descobrir novas informações importantes sobre a biologia celular, com potenciais ligações à saúde humana”, disse Deirdre Lyons, co-autora do estudo e bióloga marinha da Scripps Oceanography.
"Este é o primeiro estudo a realmente mostrar o empacotamento das células epiteliais e a divisão celular à medida que o embrião da estrela do mar se desenvolve, capturado em filmes ao vivo. Nossas descobertas têm amplas implicações para a compreensão da estrutura celular desses tecidos."
O embrião da estrela do mar é ideal para compreender como as células se organizam em uma camada epitelial enquanto proliferam. Isso ocorre porque as células da estrela do mar passam por várias rodadas de divisões celulares síncronas que levam à formação de uma camada epitelial.
Além disso, esses embriões se desenvolvem na água do mar, são bastante transparentes e fáceis de visualizar em um microscópio de alta resolução. Estas qualidades permitiram aos cientistas acompanhar cada célula individual ao longo do tempo, enquanto observavam todo o tecido epitelial à medida que se forma.
"A coordenação adequada entre o crescimento e a organização celular é um processo muito complexo. Ao usar o embrião da estrela do mar como modelo, conseguimos estudar dinamicamente os seus estágios iniciais de desenvolvimento", disse Luis María Escudero, co-autor do estudo. e pesquisador do IBiS.
Os pesquisadores da Scripps Oceanography capturaram imagens ao vivo no laboratório mostrando esses processos celulares em andamento. A equipe do IBiS usou então o CartoCell, um novo método de análise de imagens publicado recentemente pelo grupo de Escudero, para analisar melhor as imagens. CartoCell é uma ferramenta de software baseada em aprendizagem profunda que permite o processamento rápido e automático de imagens tridimensionais, como aquelas dos lapsos de tempo do embrião da estrela do mar.
“Observamos que imediatamente após a divisão celular a probabilidade de uma célula adotar o formato escutóide aumenta significativamente”, disse Escudero. “Portanto, concluímos que o aumento da densidade celular causado pela proliferação está relacionado à mudança de forma. Essa mudança de forma provavelmente ocorre porque as células suportam melhor a compressão quando são escutóides”.
Ao demonstrar como as células se organizam nos tecidos em resposta ao estresse, este estudo pode abrir as portas para futuras aplicações relacionadas à pesquisa do câncer.
“Nosso estudo pode ajudar a compreender as mudanças que ocorrem nos tecidos comprimidos, seja por processos normais ou por situações relacionadas a doenças”, disse Barone, que hoje é professor assistente na Universidade de Stanford.
Além de Barone, Escudero e Lyons, a equipe de pesquisa incluiu o coautor Antonio Tagua do IBiS, bem como os coautores do estudo Jesus Á. Andrés-San Román e Juan Garrido-García do IBiS, e Amro Hamdoun da Scripps Oceanography.
