Nos primeiros estágios da vida, um pequeno embrião passa por uma transformação extraordinária que estabelece o modelo para toda a estrutura do seu corpo. Este processo, denominado embriogênese, garante que órgãos e tecidos essenciais se desenvolvam nos locais certos. Os especialistas há muito que investigam os sinais que orientam este processo, particularmente o papel dos factores maternos que estabelecem as bases para um desenvolvimento adequado. Um dos fatores mais importantes é a proteína Hulua, que desempenha um papel importante na estimulação de vias de comunicação essenciais dentro das células. Essas vias permitem que as células enviem e recebam, direcionando sua função e posição no embrião em desenvolvimento. Embora os cientistas conheçam o papel do Hulua no desenvolvimento, não estava claro exatamente como ele funciona – até agora.
O professor Jing Chen, da Universidade de Sichuan, e colegas fizeram um grande avanço na compreensão de como os embriões de vertebrados estabelecem o eixo do seu corpo, um passo crítico no desenvolvimento inicial. Os investigadores identificaram um interruptor molecular específico na proteína Hulua que controla este processo, fornecendo informações valiosas sobre os mecanismos complexos que orientam o desenvolvimento do embrião. A descoberta lança nova luz sobre como a sinalização da β-catenina, um sistema chave de comunicação nas células que regula a atividade genética, é regulada durante o desenvolvimento axonal.
As descobertas do professor Chen, publicadas na Nature Communications, revelam que um único aminoácido, a serina 168, na proteína Hulua é essencial para a ativação da sinalização da β-catenina. Os aminoácidos são os blocos de construção das proteínas e a serina 168 serve como um importante local de regulação. Em última análise, este processo direciona a formação axonal no desenvolvimento de embriões de peixe-zebra e Xenopus, garantindo que o corpo esteja estruturado corretamente.
A equipe do professor Chen descobriu que a mudança da serina 168 para outro aminoácido, a alanina, impediu completamente o Hulua de exercer sua atividade. Esta mutação prejudicou a capacidade da proteína de se ligar a outras moléculas importantes, particularmente a tangrase 1 e a tangrase 2, enzimas que ajudam a regular a estabilidade das proteínas envolvidas na sinalização celular. Como resultado, uma proteína importante chamada Axin, que desempenha um papel na regulação dos níveis de β-catenina, não é decomposta conforme necessário, interrompendo a sinalização de β-catenina. Essa descoberta ressalta a importância da serina 168 no estabelecimento de uma reação em cadeia que garante a formação correta do layout do corpo. Além disso, os pesquisadores identificaram várias enzimas responsáveis pela adição de grupos fosfato às proteínas – como a quinase 16 dependente de ciclina, a quinase 2 dependente de ciclina e a glicogênio sintase quinase 3β. Essas enzimas atuam como interruptores moleculares, ligando ou desligando proteínas para regular os processos celulares e ajudar o Hulua a ativar sua função na formação de fungos.
“Esta pesquisa demonstra que a fosforilação na serina 168, a adição de um grupo fosfato a uma proteína, é crítica para o papel do Hulua na sinalização da β-catenina e na formação do eixo corporal”, explicou o professor Jing Chen. “Ao identificar esta mudança molecular, temos agora uma compreensão mais profunda de como o Hulua é regulado a nível celular, o que é essencial para garantir o desenvolvimento embrionário normal”.
A importância dessas descobertas vai além do desenvolvimento inicial. Compreender como o modelo do corpo é estabelecido pode ter amplas aplicações na medicina, particularmente em terapias regenerativas, incluindo a reparação ou substituição de tecidos danificados e condições que afetam os processos de desenvolvimento. A capacidade de modular a sinalização da β-catenina através de modificações moleculares direcionadas pode abrir caminho para novas terapias clínicas, particularmente nos casos em que as vias normais de desenvolvimento são interrompidas.
A pesquisa do professor Chen sobre a fosforilação do Hulua forneceu uma imagem mais clara de como os núcleos desenvolvem o seu plano estrutural. Estudos futuros podem investigar se existem interruptores moleculares semelhantes em outras espécies ou se este mecanismo pode ser aplicado a processos biológicos relacionados. A descoberta representa um passo importante na biologia do desenvolvimento, à medida que os cientistas continuam a descobrir as complexas interações entre proteínas que moldam o início da vida.
Nota de diário
L., Gong Y, Gong B., Zheng Q., Zhou H., Sum J., L., Chen W., Chen W., Meng A., Nature Communication, 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-54450-4
Sobre o autor
Jing Chen, Ph.D, Prof.: Investigador Principal do Laboratório de Cirurgia Pediátrica e Cirurgia Pediátrica, Hospital da China Ocidental, Universidade de Sichuan, Chengdu, China.
Sua pesquisa se concentra principalmente na biologia do desenvolvimento, particularmente nos mecanismos que regulam a formação, padronização e morfogênese axonal. O trabalho do Dr. Chen utiliza modelos de peixe-zebra/rato e técnicas biológicas avançadas para desvendar as complexas redes regulatórias que governam os processos de desenvolvimento, com implicações para a compreensão de distúrbios congênitos e da biologia do desenvolvimento em geral. O trabalho pioneiro de Chen em biologia do desenvolvimento rendeu grandes descobertas, levando à publicação de estudos seminais Ciência, Nature Communications, Genética Humana, Journal of Genetics and Genomics, Journal of Biological Chemistry, E Biologia Molecular e Evolução. Estas contribuições seminais avançaram fundamentalmente a nossa compreensão da regulação morfogenética tridimensional.
