Pesquisa sobre asas de mosca-das-frutas oferece uma janela para defeitos congênitos

Se as asas das moscas-das-frutas não desenvolverem a forma correta, as moscas morrerão. Os pesquisadores da UC Riverside aprenderam como as células embrionárias das moscas se desenvolvem conforme necessário, abrindo uma janela para o desenvolvimento humano e possíveis tratamentos para defeitos congênitos.

Os biólogos frequentemente investigam o desenvolvimento dos tecidos estudando partes de células individuais. Em contraste, a equipe da UCR usou alguns dos supercomputadores mais poderosos da Califórnia para simular muitas células trabalhando juntas.

A equipe examinou as propriedades mecânicas das células, como elasticidade e pressão do fluido. Eles também estudaram como um grupo de diferentes tipos de células chamado “disco de asa” se divide e eventualmente se transforma em tecido de asa. Suas descobertas são detalhadas na revista Comunicações da Natureza.

“Modelamos centenas de células, tentando descobrir como elas interagem umas com as outras, neste caso para se tornarem a asa de uma mosca da fruta”, disse Mark Alber, ilustre professor de matemática da UCR e coautor sênior do estudo.

Em estreita colaboração com bioengenheiros e biólogos quantitativos da Universidade de Notre Dame, os investigadores constataram que nas fases iniciais de desenvolvimento o disco da asa é uniformemente curvado. Mas em fases posteriores, a parte superior mantém a sua curvatura enquanto a parte inferior se achata.

“O disco, em uma vista transversal, começa como algo plano que transita para uma forma semelhante a um arco-íris. Mais tarde, a parte superior mantém a forma, mas a parte inferior do meio se achata, então temos uma parte superior e uma parte inferior que não espelham-se mais”, disse Jennifer Rangel Ambriz, estudante de doutorado em matemática da UCR e coautora do artigo.

“Queríamos perceber o que causa esta forma, porque as moscas não voam, nem sobrevivem, se o desenvolvimento não acontecer de forma adequada”, disse Rangel Ambriz.

O grupo descobriu que uma estrutura subcelular chamada actomiosina impulsiona grande parte do processo de desenvolvimento, especialmente o achatamento do disco da asa inferior. Essa estrutura é uma rede dinâmica de fibras de actina que afeta a rigidez ou a altura das células.

Durante a divisão e o crescimento celular, a actomiosina empurra os núcleos de diferentes células para frente e para trás para influenciar o formato das células individuais que constituem o disco da asa.

“Para que uma célula se divida, o núcleo tem que se deslocar para a região superior da célula, e isso é feito com base na rede de actomiosina”, disse Rangel Ambriz. “É como um punho em um tubo de pasta de dente. Quando você aperta o fundo, tudo se move para cima.”

A actomiosina também se conecta a um componente-chave chamado matriz extracelular, ou MEC, que é composto de colágeno. As células do disco da asa aderem à MEC, o que evita que elas se afastem muito umas das outras, especialmente quando as células estão se dividindo. A relativa flexibilidade ou rigidez da MEC também tem um efeito importante na forma e no desenvolvimento do tecido.

No futuro, os pesquisadores esperam obter uma melhor compreensão dos sinais genéticos e químicos que afetam a actomiosina. Embora fatores mecânicos, como pressão e tensão superficial da membrana nas células, também influenciem a forma do tecido, diferentes sinais químicos provavelmente desempenham um papel importante.

Alber é o investigador principal, juntamente com os co-investigadores Weitao Chen, da UCR, e Jeremiah J. Zartman e Alexander Dowling, da UND. A equipe está trabalhando com o objetivo de determinar mecanismos que ajudem a restaurar a função normal dos tecidos danificados.

“No embrião, se você cortar uma célula ou mesmo várias células, o tecido ainda se desenvolve como deveria”, disse Alber. “O que sabemos agora sobre os fatores que afetam o desenvolvimento dos tecidos pode ter aplicações além das moscas da fruta e permitir a regeneração de tecidos em humanos ou animais”.

Além disso, a equipe espera que suas descobertas também possam ser usadas para corrigir defeitos na formação de tecidos humanos.

“Nossos modelos de moscas podem nos permitir conectar os fatores que controlam o desenvolvimento dos tecidos a genes específicos, identificar aqueles que estão promovendo certos defeitos congênitos e, eventualmente, reprogramá-los ou corrigi-los”, disse Rangel Ambriz.