O plano corporal segmentado dos artrópodes, de insetos a aranhas, há muito fascina os biólogos por suas origens conservadas e diversas origens de desenvolvimento. Embora as moscas da fruta tenham sido extensivamente estudadas, outros artrópodes são menos compreendidos a um nível genómico comparável. Um novo estudo muda esta situação ao utilizar tecnologias unicelulares avançadas, que capturam a atividade de células individuais, uma por uma, para desvendar como a divisão se desenrola na aranha doméstica comum. Parastethoda Tepidariorum.
A pesquisa foi conduzida por Takanori Akaiwa, Dr. Hiroki Oda e Dr. Yasuko Akiyama-Oda da Universidade de Osaka e da Universidade de Medicina e Farmácia de Osaka. Suas descobertas foram publicadas na Communications Biology. Usando uma técnica chamada sequenciamento de RNA de nuclease única, que mede quais genes são transcritos no núcleo de cada célula, a equipe criou um mapa molecular detalhado de embriões de aranha em estágios críticos de divisão ao longo do eixo ântero-posterior, ou seja, da cabeça à cauda.
Ao examinar os estágios celulares na resolução unicelular, ou ao observar o desenvolvimento no nível de cada célula individual, os pesquisadores conseguiram observar padrões que refletem a aparência de repetidas divisões corporais. Revelou como as células ectodérmicas, que mais tarde formam a epiderme e o tecido nervoso, se alinham de forma relacionada às regiões da cabeça, tórax e costas. Em termos práticos, eles demonstraram que padrões de expressão genética estabelecidos dinamicamente – instruções do DNA que são ativadas e desativadas – poderiam ser visualizados e medidos em milhares de células. Alguns padrões aparecem como domínios específicos de uma região, enquanto outros aparecem como clivagens e estrias semelhantes a ondas criadas por oscilações, que contribuem para moldar o corpo da aranha. Isto mostra que, embora os artrópodes partilhem um corpo segmentado, os passos moleculares diferem significativamente entre as espécies.
Um dos principais avanços na pesquisa é a capacidade de reconstruir o alinhamento axial das células da aranha, recriando essencialmente um mapa do corpo da cabeça à cauda, apenas a partir de dados moleculares. O alinhamento ao longo deste eixo permite o alinhamento adequado das partes do corpo. Como explicou Akiyama-Oda, “a reconstrução de um padrão axial usando apenas dados obtidos do sequenciamento de um único embrião não foi relatada em outros animais. Nossas principais observações indicam o estado polarizado das células do ectoderma, que estabelece a base para a formação da linha”. Isto demonstra como as aranhas fornecem um modelo poderoso para estudar a segregação além da mosca da fruta.
O estudo também identificou novos estágios celulares na mesoderme, a camada que forma os músculos e órgãos internos, e na endoderme, que forma o intestino e tecidos relacionados. Essas descobertas destacam a heterogeneidade celular durante o desenvolvimento. Crucialmente, a análise da equipe revelou mais de duzentos genes que poderiam reconstruir matematicamente padrões de listras de divisão, o que poderia ajudar a desenvolver modelos preditivos de desenvolvimento embrionário. Os modelos preditivos são representações simplificadas que permitem aos cientistas testar ideias e prever resultados de processos biológicos. Como observou Akiyama-Oda, “os dados quantitativos de alta resolução de um único embrião gerados aqui fornecem uma base sólida para a compreensão dos vários mecanismos subjacentes à segmentação de artrópodes e se conectam diretamente à modelagem matemática de processos baseados em células”.
As implicações desta pesquisa vão além das aranhas. Ao demonstrar que Akaiwa, Dr. Akiyama-Oda podem criar paisagens detalhadas de expressão genética, ou mapas de como os genes funcionam em todo o corpo, sem depender de modelos estabelecidos, como moscas-das-frutas, seu estudo abre oportunidades para explorar as origens da diversidade de desenvolvimento em todo o reino animal. A segregação, embora com resultados conservados, é alcançada de múltiplas maneiras – sublinhando a flexibilidade da evolução na formação das formas básicas de vida.
Nota de diário
Akaiwa T., Oda H., Akiyama-Oda Y. “Dissecção quantitativa em todo o genoma do plano corporal do segmento de artrópode em resolução unicelular.” Biologia da Comunicação, 2025; 8:913. DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-025-08335-x
Sobre os professores
Universidade Takanori Ele é um cientista emergente especializado em biologia do desenvolvimento, celular e molecular. Ele se formou no programa de mestrado da Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade de Kyoto e recebeu seu doutorado na Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade de Osaka, onde ingressou no laboratório de Oda no JD Biohistory Research Hall. No projeto “Spider Developmental Biology” no laboratório de Oda, o Sr. Akaiwa estava interessado. Ele usou técnicas de sequenciamento de RNA unicelular e nuclear único em colaboração com o Dr. Yasuko Akiyama-Oda. Parastethoda Tepidariorum Embriões de aranha. Ele não apenas adquiriu conjuntos de dados de alta qualidade, mas também desenvolveu técnicas computacionais R E pítonPara analisar conjuntos de dados. Seus esforços ajudaram a demonstrar o poder do sequenciamento de RNA de fita simples na biologia do desenvolvimento de aranhas. Atualmente está preparando sua tese de doutorado.
Dr.Hiroki Oda JD é cientista e líder de grupo no Biohistory Research Hall e professor visitante na Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade de Osaka. Ele trabalha nas áreas interseccionais da biologia celular, do desenvolvimento e evolutiva. Seu trabalho se concentra na compreensão das origens da diversidade animal e nas principais mudanças ou transições nas células e nos sistemas de desenvolvimento. Ele primeiro estudou usando sistemas de adesão célula-célula Drosophila melanogasterMas desde 2000, ele expandiu seu escopo para vários animais, incluindo aranhas. Juntamente com o Dr. Yasuko Akiyama-Oda, ele foi pioneiro na biologia do desenvolvimento de aranhas usando espécies. Parastethoda Tepidariorum e demonstrou o poder desta aranha como organismo modelo, particularmente entre os artrópodes quelicerados. Ele contribuiu para desenvolvimentos tecnológicos e estudos evo-devo com aranhas.
Dra. Yasuko Akiyama-Oda JD é cientista do Biohistory Research Hall e da Universidade de Medicina e Farmácia de Osaka. Ele atua na área de biologia do desenvolvimento e evolutiva, com foco na embriogênese inicial de artrópodes. Depois de estudar primeiro os mecanismos de diferenciação celular Drosophila melanogaster Conceitualmente, ele estava interessado na diversidade dos sistemas de desenvolvimento. Em 2000, junto com o Dr. Hiroki Oda, ele começou a estudar o desenvolvimento inicial da aranha doméstica comum. Parastethoda Tepidariorume encontraram evidências de quebra de simetria de sinais secretores em embriões de aranhas precoces. usou com sucesso a interferência de RNA parental para analisar funções genéticas Parasteatoma Os embriões lançaram as bases para que esta espécie de aranha emergisse como um importante organismo modelo entre os artrópodes. Seu trabalho contínuo destaca os mecanismos divergentes do desenvolvimento inicial entre aranhas e moscas-das-frutas, e ele continua a promover estudos de todo o genoma para elucidar ainda mais a diversidade do desenvolvimento dos artrópodes.
