O modelo da mosca da fruta identifica os principais reguladores por trás do desenvolvimento de órgãos
Níveis mais elevados de contratilidade apicocentral resultam em um viés basal da posição dos núcleos. Crédito:Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46698-7 Um novo modelo computacional que simula o desenvolvimento das asas da mosca da fruta permitiu aos pesquisadores identificar mecanismos anteriormente ocultos por trás da geração de órgãos.
Como os órgãos se desenvolvem de maneiras notavelmente semelhantes nas moscas da fruta e nas pessoas, os conhecimentos biológicos deste modelo podem ser usados para informar o diagnóstico e o tratamento de doenças humanas, como o cancro, a doença de Alzheimer e defeitos congénitos genéticos congénitos.
Jeremiah Zartman, professor associado de engenharia química e biomolecular na Universidade de Notre Dame, trabalhou com uma equipe de pesquisa multidisciplinar que incluía colaboradores da Universidade da Califórnia, em Riverside, para desenvolver um modelo de mosca da fruta para fazer engenharia reversa dos mecanismos que geram tecidos orgânicos.
As descobertas da equipe, que oferecem uma compreensão mais profunda das alavancas químicas e mecânicas que regulam o tamanho e a forma das células dos órgãos, foram publicadas na Nature Communications. .
“Estamos tentando simular um órgão no computador – criando efetivamente um gêmeo digital desse órgão”, disse Zartman. “Estamos pegando diferentes células e partes de células para ver se podemos prever como elas irão interagir umas com as outras”.
Os órgãos se desenvolvem em resposta ao que Zartman chama de “sinfonia” de sinais. O modelo da mosca da fruta dos pesquisadores integra os numerosos sinais que orquestram o movimento, a contração, a adesão e a proliferação celular. Também incorpora as propriedades mecânicas, químicas e estruturais dos componentes celulares e explica como essas propriedades mudam ao longo do tempo e em diferentes locais.
Tanto o modelo quanto os resultados experimentais de seu laboratório mostraram que havia duas classes distintas de vias de sinalização química, ou sequências de sinais, que produzem tecidos curvos ou planos – identificando a flexibilidade e a sintonia de gerar um órgão com um formato específico.
As células que receberam sinais da insulina levaram a um aumento na curvatura do tecido, enquanto as células que receberam informações de dois outros reguladores de crescimento chave achataram o tecido. Os pesquisadores descobriram que esses reguladores de crescimento também manipulavam a estrutura interna da célula, ou citoesqueleto, para esculpir ainda mais o tamanho e a forma das células.
O objetivo geral do grupo Zartman é identificar até que ponto as regras biológicas obtidas a partir de estudos simulados de órgãos de moscas são compartilhadas com sistemas tão distintos como plantas, peixes e humanos.
"Nosso objetivo para o futuro é desenvolver um protótipo de órgão digital que resolva uma questão fundamental da biologia:como as células geram órgãos funcionais?" Zartman disse.
