À medida que as células crescem em tamanho, as concentrações de proteínas necessárias à divisão celular aumentam, eventualmente saturando os locais de ligação e ativando 200 genes envolvidos na divisão celular.
Início do processo depende de quatro proteínas-chave, identificadas pelos cientistas
Como uma célula sabe quando se dividir? Sabemos que centenas de genes contribuem para uma “onda” de atividade ligada à divisão celular, mas para gerar essa onda, novas pesquisas mostram que as células devem primeiro crescer o suficiente para produzirem quatro proteínas-chave em quantidades adequadas. O estudo, publicado hoje (quarta) na revista Cell Systems, sugere uma possível trajetória para controlar o equilíbrio entre o crescimento e a divisão celular, que se relaciona a inúmeras doenças, incluindo cânceres.
"Há anos sabemos que as células devem atingir um tamanho específico antes da divisão celular, mas entender como as células sabem quando chegaram a esse limiar era um mistério", disse Catherine Royer, autora principal do estudo em conjunto com Mike Tyers, da Universidade de Montreal. Royer é professor de Biocomputação e Bioinformática no Departamento de Ciências Biológicas do Instituto Politécnico Rensselaer, e membro do Centro Rensselaer de Biotecnologia e Estudos Interdisciplinares (CBIS, na sigla em inglês). "Algum fator define esse limiar, e alguma coisa detecta que ele foi atingido. Esta pesquisa estabelece o método por trás desse mecanismo central em células de levedura em desenvolvimento".
A pesquisa também resolve a questão do por que de as células com acesso a um ambiente pobre em nutrientes se dividem em um tamanho menor. Ambas as descobertas estão relacionadas à abundância das quatro proteínas-chave necessárias.
"Muitas doenças estão ligadas a elementos como tamanho e crescimento anormal das células e, no momento, temos poucas formas de controlar os aspectos do crescimento celular", disse Deepak Vashishth, diretor do CBIS. "Esta pesquisa aponta um caminho definido de investigação dos fatores de transcrição para mudar suas consequências."
Royer e sua equipe, que incluiu pesquisadores de Rensselaer e da Universidade de Montreal, examinaram as células de levedura, que se dividem por brotamento. Como na maioria das células, as de levedura precisam primeiro sintetizar os recursos necessários e crescer em tamanho, uma fase do ciclo celular conhecida como G1. Cerca de 200 genes devem ser ativados ao final do G1. A equipe de pesquisa examinou cinco proteínas - os fatores de transcrição SBF e MBF, o repressor transcricional Whi5 e as ciclinas G1 Cin1 e Cin2 - que são coletivamente necessárias para iniciar a transcrição desses 200 genes.
Os pesquisadores utilizaram uma técnica que conta partículas para medir a concentração absoluta de cada uma das cinco proteínas presentes nas células à medida que elas cresciam em tamanho. A técnica baseia-se na criação de um volume óptico muito pequeno e no uso de uma técnica de microscopia para coletar dados sobre a luz emitida por proteínas marcadas com fluorescência em um volume específico da célula. Cálculos baseados na relação entre a intensidade média luminosa e flutuações na intensidade da luz revelam o número de moléculas naquele volume determinado.
Royer descobriu que, à medida que as células cresciam, as moléculas de quatro das cinco proteínas examinadas alcançaram um número grande o suficiente para se ligar a 400 pontos de conexão nos 200 genes que as proteínas controlam. A necessidade de divisão surgiu quando a célula cresceu o suficiente para saturar esses pontos de ligação.
"Em uma célula pequena, não havia proteínas o suficiente para se ligarem a todos os locais. À medida que a célula cresce, a concentração permanece a mesma, mas ter a mesma concentração em uma célula maior, significa que há mais moléculas e eventualmente o bastante para se ligar aos locais disponíveis ", disse Royer. "Esse sistema é um mecanismo de titulação simples. É uma bioquímica elementar".
A equipe cultivou as células em um meio de crescimento - um líquido planejado para suportar o crescimento de células de levedura - com diferentes tipos de nutrientes. Quando a equipe examinou células cultivadas em um meio pobre em nutrientes, eles descobriram que essas células estavam produzindo mais moléculas das quatro proteínas-chave em relação às dimensões de suas células e, portanto, estimulando a possibilidade de divisão mesmo estando em um tamanho menor. A descoberta explica por que as células cultivadas em um ambiente pobre em nutrientes são menores em tamanho.
"É contra-intuitivo, mas em certo nível, faz sentido", disse Royer. "Para uma célula de levedura em um ambiente pouco nutritivo, a melhor aposta é sobreviver em grupo ao invés de individualmente. E então ela se divide em um tamanho menor para sustentar a colônia."
Instituto Politécnico Rensselaer
FONTE: SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL
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