Biofísicos da Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) em Munch desenvolveram uma nova teoria, o que explica a observação de que as células podem perceber suas próprias formas, e usar essa informação para direcionar a distribuição de proteínas dentro da célula.

Muitos processos celulares são criticamente dependentes da distribuição precisa e da padronização das proteínas na membrana celular. Diversos estudos têm mostrado que, além de interações proteína-proteína e processos de transporte, a forma da célula também pode ter um impacto considerável na formação do padrão intracelular. Por outro lado, existem processos de padronização nos quais qualquer dependência da forma celular seria deletéria. Usando oócitos de estrelas do mar como sistema modelo, Os físicos da LMU liderados pelo professor Erwin Frey explicaram agora como padrões robustos de proteínas podem surgir em face de mudanças drásticas na forma das células. Como Frey e colegas relatam um novo estudo que aparece na revista Física da Natureza , um gradiente de concentração formado dentro da própria célula codifica as informações de forma da célula e é decodificado por padrões de proteínas auto-organizados.

Oócitos de estrelas do mar são relativamente grandes e transparentes, e, portanto, são adequados para investigações bioquímicas. Pouco antes da divisão celular meiótica, uma onda de contração da membrana passa ao longo da membrana celular em direção à posição onde a célula se divide assimetricamente. Esta onda de contração é desencadeada pela enzima ligada à membrana chamada Rho, cuja atividade se propaga como um pulso sobre a membrana. A onda progride do que é conhecido como pólo vegetal do oócito para o pólo animal, onde o núcleo está localizado, e se divide assimetricamente conforme a onda chega.

Para estudar a influência das mudanças na forma das células neste processo, os pesquisadores colocaram ovócitos únicos em microcâmaras de formatos diferentes, assim forçando as células a adotarem a geometria imposta pela fronteira de cada contêiner. "Nós achamos isso, embora o pulso de ativação Rho se propague de uma maneira correspondentemente alterada nas células deformadas, sempre atinge a posição em que se encontra o núcleo, "diz Frey." Esta observação fascinante prova que o pulso de Rho reconhece a forma da célula e se adapta a ela. "

Padrões de proteína auto-organizados podem decodificar informações sobre a forma da célula

Para entender o mecanismo por trás dessa adaptabilidade notável, a equipe desenvolveu uma teoria biofísica que explica essa descoberta. O modelo é baseado na descoberta anterior de que o regulador do ciclo celular Cdk1 é assimetricamente distribuído no citoplasma do oócito, onde forma um gradiente de concentração que se estende do núcleo ao citoplasma e decai com o tempo. Esse gradiente permite que as proteínas da membrana se adaptem ao formato da célula.

"A principal conclusão é que a proteína que ativa Rho mede o gradiente próximo à membrana e marca uma concentração limite do gradiente:ela forma um perfil de concentração semelhante a uma frente na membrana, de modo que a frente esteja posicionada exatamente na concentração limite. Nesta posição frontal, o ativador Rho, por sua vez, desencadeia localmente um pulso de atividade de Rho ", diz Wigbers, um dos primeiros autores do artigo. Conforme o gradiente decai, a posição deste valor limite se move em velocidades variáveis ​​ao longo da membrana, dependendo da forma da célula. Assim, através desta hierarquia de perfis de concentração de proteínas, a informação da forma que é codificada no gradiente é transformada em uma resposta mecanoquímica - a onda de contração que passa pela membrana.

"Nossos resultados sublinham a importância da auto-organização de padrões hierárquicos de proteínas para a compreensão das funções biológicas, "diz Frey. Na verdade, os autores integraram dois paradigmas principais no campo da formação de padrões de proteínas - auto-organização baseada em mecanismos de difusão de reação e a exploração de informações posicionais. “Acreditamos que tal mecanismo, que utiliza uma hierarquia de padrões de proteínas para codificar informações que refletem o formato da célula, poderia representar um princípio físico geral para o reconhecimento e regulação da forma celular, Frey conclui.