p À medida que os embriões se desenvolvem, eles seguem padrões predeterminados de dobramento de tecido, de modo que indivíduos da mesma espécie acabam com órgãos de formato quase idêntico e formas corporais muito semelhantes. p Os cientistas do MIT descobriram agora uma característica fundamental do tecido embrionário que ajuda a explicar como esse processo é realizado com tanta fidelidade todas as vezes. Em um estudo de moscas de fruta, eles descobriram que a reprodutibilidade do dobramento do tecido é gerada por uma rede de proteínas que se conectam como uma rede de pesca, criando muitos caminhos alternativos que os tecidos podem usar para dobrar da maneira certa.

p "O que descobrimos é que há muita redundância na rede, "diz Adam Martin, professor associado de biologia do MIT e autor sênior do estudo. "As células estão interagindo e se conectando umas com as outras mecanicamente, mas você não vê células individuais assumindo um papel importantíssimo. Isso significa que se uma célula for danificada, outras células ainda podem se conectar a partes distintas do tecido. "

p Para descobrir esses recursos de rede, Martin trabalhou com Jörn Dunkel, um professor associado do MIT de matemática aplicada à física e um autor do artigo, para aplicar um algoritmo normalmente usado por astrônomos para estudar a estrutura das galáxias.

p Hannah Yevick, um pós-doutorado no MIT, é o autor principal do estudo, que aparece hoje em Célula de Desenvolvimento . O estudante de graduação Pearson Miller também é autor do artigo.

p Uma rede de segurança

p Durante o desenvolvimento embrionário, os tecidos mudam de forma por meio de um processo conhecido como morfogênese. Uma maneira importante pela qual os tecidos mudam de forma é dobrando-se, que permite que folhas planas de células embrionárias se tornem tubos e outras formas importantes para órgãos e outras partes do corpo. Estudos anteriores em moscas da fruta mostraram que mesmo quando algumas dessas células embrionárias são danificadas, as folhas ainda podem dobrar em seus formatos corretos.

p "Este é um processo bastante reproduzível, e por isso queríamos saber o que o torna tão robusto, "Martin diz.

p Neste estudo, os pesquisadores se concentraram no processo de gastrulação, durante o qual o embrião é reorganizado de uma esfera de uma única camada para uma estrutura mais complexa com várias camadas. Este processo, e outros processos morfogenéticos semelhantes ao dobramento do tecido da mosca-das-frutas, também ocorrem em embriões humanos. As células embrionárias envolvidas na gastrulação contêm em seu citoplasma proteínas chamadas miosina e actina, que formam cabos e se conectam nas junções entre as células para formar uma rede através do tecido. Martin e Yevick levantaram a hipótese de que a rede de conectividade celular pode desempenhar um papel na robustez da dobra do tecido, mas até agora, não havia uma boa maneira de rastrear as conexões da rede.

p Para conseguir isso, O laboratório de Martin juntou forças com Dunkel, que estuda a física de superfícies macias e matéria fluida - por exemplo, formação de rugas e padrões de fluxo bacteriano. Para este estudo, Dunkel teve a ideia de aplicar um procedimento matemático que pode identificar características topológicas de uma estrutura tridimensional, análogo a cumes e vales em uma paisagem. Os astrônomos usam este algoritmo para identificar galáxias, e neste caso, os pesquisadores usaram para rastrear as redes de actomiosina através e entre as células em uma folha de tecido.

p "Assim que tiver a rede, você pode aplicar métodos padrão de análise de rede - o mesmo tipo de análise que você aplicaria a ruas ou outras redes de transporte, ou a rede de circulação sanguínea, ou qualquer outra forma de rede, "Dunkel diz.

p Entre outras coisas, esse tipo de análise pode revelar a estrutura da rede e a eficiência do fluxo de informações ao longo dela. Uma questão importante é quão bem uma rede se adapta se parte dela for danificada ou bloqueada. A equipe do MIT descobriu que a rede de actomiosina contém uma grande quantidade de redundância, ou seja, a maioria dos "nós" da rede está conectada a muitos outros nós.

p Essa redundância integrada é análoga a um bom sistema de transporte público, onde se uma linha de ônibus ou trem cair, você ainda pode chegar ao seu destino. Como as células podem gerar tensão mecânica ao longo de muitos caminhos diferentes, eles podem se dobrar da maneira certa, mesmo se muitas das células da rede estiverem danificadas.

p "Se você e eu estivermos segurando uma única corda, e então cortamos no meio, iria se desfazer. Mas se você tiver uma rede, e cortá-lo em alguns lugares, ainda permanece globalmente conectado e pode transmitir forças, contanto que você não corte tudo isso, "Dunkel diz.

p Estrutura dobrável

p Os pesquisadores também descobriram que as conexões entre as células se organizam preferencialmente para correr na mesma direção que o sulco que se forma nos estágios iniciais da dobra.

p "Achamos que isso está criando uma moldura em torno da qual o tecido vai adotar sua forma, "Martin diz." Se você impedir a direcionalidade das conexões, then what happens is you can still get folding but it will fold along the wrong axis."

p Although this study was done in fruit flies, similar folding occurs in vertebrates (including humans) during the formation of the neural tube, which is the precursor to the brain and spinal cord. Martin now plans to apply the techniques he used in fruit flies to see if the actomyosin network is organized the same way in the neural tube of mice. Defects in the closure of the neural tube can lead to birth defects such as spina bifida.

p "We would like to understand how it goes wrong, " Martin says. "It's still not clear whether it's the sealing up of the tube that's problematic or whether there are defects in the folding process."