Como as Células Obtêm as suas Formas? Um Novo Mecanismo Determinado

Trabalhar com luz para ativar processos em células de levedura de fissão geneticamente modificada está entre as pesquisas executadas pelos biólogos experimentais do Laboratório Martin da Universidade de Lausanne, liderados pela professora Sophie Martin. Os membros da equipa conduziam esses experimentos quando viram que uma proteína específica seria deslocada da região de crescimento celular quando introduzida na célula. Então, eles entraram em contacto com Dimitrios Vavylonis, que lidera o Grupo Vavylonis na Divisão de Física do Lehigh College, para saber o porquê.

“Continuamos a fazer uma simulação computacional que unia o ‘crescimento’ da membrana celular ao movimento da proteína, além de modelar algumas das outras hipóteses que consideramos após discussões com eles”, afirma Vavylonis, um físico teórico.

Esta cooperação multidisciplinar combinou modelagem e experimentos para descrever um processo biológico até então desconhecido. As equipas encontraram e identificaram um novo sistema que uma simples célula de levedura usa para ganhar a sua forma. Eles descrevem esses resultados num artigo chamado “Padronização celular por fluxos de membrana plasmática induzidos por secreção” na última edição da Science Advances.

Quando as células se movem ou se expandem, elas devem incluir uma nova camada de membrana nessas regiões de crescimento, afirma Vavylonis. O processo de libertação da camada de membrana é denominado exocitose. Da mesma forma, as células precisam fornecer essa membrana a uma área específica para manter um senso de direção denominado “polarização” ou expandir de forma coordenada.

“Mostramos que esses processos são combinados: o excesso local de exocitose faz com que várias das proteínas aderidas à membrana se movam (‘fluam’) para longe da região de crescimento”, afirma Vavylonis. “Essas proteínas que se afastam marcam a região celular sem crescimento, estabelecendo um padrão autossustentável, que desencadeia o formato tubular dessas células de levedura”.

Pela primeira vez, o mecanismo do processo pelo qual as células obtêm não uniformidades espaciais nas suas superfícies, chamado padronização celular, foi identificado.

As simulações do grupo Vavylonis, lideradas pelo parceiro de pós-doutorado David Rutkowski, levaram a testes experimentais realizados posteriormente pela equipa de Martin. Vavylonis e Rutkowski avaliaram os resultados dos experimentos para confirmar que a distribuição das proteínas que eles notaram nas suas simulações correspondiam às informações coletadas dos experimentos em células vivas.

Conforme a equipa, o trabalho pode ser de particular interesse para pesquisadores que examinam processos associados ao crescimento celular e tráfego de membrana, como neurobiologistas e aqueles que pesquisam processos de células cancerígenas.

“ O nosso trabalho revela que os padrões em sistemas biológicos geralmente não são estáticos”, diz Rutkowski. “Os padrões se estabelecem por processos físicos, incluindo fluxo contínuo, bem como rotatividade.”

“Pudemos dar suporte à versão de padronização por fluxo de membrana”, afirmou Vavylonis. “No final, a equipa de Martin poderia usar esse conhecimento para projetar células cuja forma pode ser manipulada pela luz.”

Publicado originalmente em Scitechdaily.com . Leia o artigo original.

Referência:  Modelagem celular por fluxos de membrana plasmática induzidos por secreção,  Science Advances  (2021). DOI: 10.1126 / sciadv.abg6718