Imagine que o trem está parado na estação. Os passageiros embarcaram, os condutores verificaram suas passagens e tudo parece pronto para partir. Mas se o relógio do maquinista parar de funcionar, o trem nunca partirá. A porta permanece aberta, o apito nunca soa e a viagem nunca começa.
Um problema semelhante pode surgir dentro das células vivas. Quando o sistema de tempo que controla o desenvolvimento funciona mal, o corpo pode nunca completar os estágios necessários para atingir a idade adulta.
Pesquisadores do Laboratório Cold Spring Harbor (CSHL) identificaram o que parece ser o relógio mestre de desenvolvimento do minúsculo verme C. elegans. A descoberta mostra como as células mantêm o crescimento e o desenvolvimento dentro do cronograma, coordenando uma série de explosões cuidadosamente medidas de atividade genética.
Os cientistas identificaram o principal relógio do desenvolvimento
Há alguns anos, o professor do CSHL, Christopher Hamel, e seus colegas descobriram que o desenvolvimento de C. elegans impulsionado por pulsos de expressão genética. Essas explosões de atividade genética ocorrem sequencialmente e ajudam a guiar o organismo em cada estágio de crescimento.
Ainda não está claro como esses pulsos foram cronometrados com tanta precisão.
A equipe descobriu agora que duas proteínas, MYRF-1 e LIN-42, formam um ciclo de feedback que serve como relógio central para o desenvolvimento do genoma do verme. Juntos, eles determinam quando cada pulso de expressão genética começa e quanto tempo dura. Segundo os pesquisadores, este é o primeiro exemplo de um relógio biológico único desse tipo.
“É o relógio central de todas as células do verme”, explica Hamel. “É responsável por coordenar uma série finita de pulsos sequenciais de expressão genética que devem ocorrer apenas uma vez e para que o desenvolvimento prossiga adequadamente. É como um mecanismo de catraca. Ele liga e desliga os genes várias vezes durante o desenvolvimento, mas, em última análise, só vai em uma direção.”
Como MYRF-1 e LIN-42 controlam o crescimento
Para descobrir o funcionamento do relógio, os pesquisadores combinaram experimentos tradicionais de biologia molecular com sequenciamento de DNA, sequenciamento de proteínas e a ferramenta de inteligência artificial AlphaFold.
Os seus resultados mostraram que o MYRF-1 desempenha vários papéis importantes durante o desenvolvimento. A proteína atua como um gatilho que inicia cada estágio de desenvolvimento e também é necessária para um ponto de verificação que marca sua conclusão.
Assim que começa uma explosão de atividade genética, o MYRF-1 ativa o LIN-42. O LIN-42 ajuda então a regular a intensidade e a duração do pulso genético. Juntas, estas duas proteínas garantem que o desenvolvimento aconteça na ordem certa e ao ritmo certo.
Quando os pesquisadores bloquearam o MYRF-1, todo o programa de desenvolvimento foi interrompido.
“Nunca vimos nada assim antes”, diz Hamel. “O MYRF-1 faz parte deste relógio regulador mestre para todas as células, mas também atua como um criador de chaves e uma chave mestra para cada estágio de crescimento. Sem a chave certa para cada estágio, o desenvolvimento atinge um muro e não pode progredir.”
Estudando como os relógios celulares permanecem sincronizados
A equipe de pesquisa também inclui o Diretor de Pesquisa da CSHL, Limar Joshua-Toro. Seu próximo objetivo é entender melhor como o MYRF-1 e o LIN-42 interagem fisicamente e como esses relógios de desenvolvimento funcionam em células diferentes.
Uma das questões mais intrigantes é se os relógios celulares individuais interagem entre si durante o desenvolvimento.
“O circuito MYRF-1/LIN-42 funciona em todas as células”, diz Hamel. “E cada um desses relógios celulares independentes parece estar sincronizado quando você observa o desenvolvimento normal. Mas eles interagem entre si? Nunca pensamos profundamente sobre isso antes.”
Implicações potenciais para distúrbios do desenvolvimento
Compreender como os relógios de desenvolvimento funcionam e permanecem sincronizados pode fornecer informações importantes sobre o crescimento celular, a diferenciação e o desenvolvimento de tecidos e órgãos.
No futuro, esta pesquisa também poderá ajudar os cientistas a compreender melhor os distúrbios do desenvolvimento e algumas doenças genéticas. Ao revelar como os sistemas de temporização internos do corpo apoiam o crescimento, estas descobertas poderão eventualmente apontar para novas formas de abordar condições em que o desenvolvimento normal é prejudicado.
Tal como um comboio finalmente recebe o sinal para sair da estação, o recém-descoberto relógio MYRF-1/LIN-42 ajuda a garantir que o desenvolvimento avança de forma constante, etapa por etapa.
