Usando dois microscópios especializados inventados no Marine Biological Laboratory (MBL), uma equipe de pesquisadores do Japão e do MBL desenvolveram um novo método para medir as forças que mantêm o núcleo centralizado dentro de uma célula viva. Os experimentos também forneceram novas pistas importantes sobre as propriedades do citoplasma celular e os mecanismos de movimento de organelas dentro das células. O trabalho aparece em Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Entender o mecanismo de posicionamento nuclear é importante para entender a divisão celular ", um processo central no desenvolvimento inicial , crescimento e saúde de todos os organismos vivos, diz o autor principal do estudo, Akatsuki Kimura, professor do Laboratório de Arquitetura Celular do Instituto Nacional de Genética do Japão. "As células devem se dividir uniformemente para produzir células do mesmo tamanho. Para que a célula se divida no centro, o posicionamento do núcleo no centro da célula é crítico."

Kimura acrescenta que "tem sido um mistério como uma estrutura grande, como o núcleo da célula , pode se mover dentro do interior lotado da célula".

Embora se saiba há muito tempo que o posicionamento e o movimento adequados do núcleo e de outras organelas são cruciais para o funcionamento celular, a capacidade de medir com precisão essas forças intracelulares tem sido limitada.

Trabalhos anteriores em ovos de ouriço-do-mar usando uma técnica de pinças magnéticas tiveram sucesso em medir forças para mover o núcleo, mas o mecanismo subjacente de produção de força não estava claro devido a limitações em técnicas experimentais genéticas nesta espécie. O nematoide C. elegans, que tem uma riqueza de técnicas genéticas disponíveis, fornece outra espécie conveniente para investigação da centralização nuclear.

Em vez do método das pinças magnéticas, que implanta esferas magnéticas dentro do núcleo que podem ser movidas com um ímã externo, os pesquisadores escolheram uma abordagem diferente: girar as células, porque quando uma célula é girada em velocidade muito alta, o núcleo é deslocado do centro.

A equipe examinou embriões vivos de C. elegans usando dois instrumentos inventados no MBL: o microscópio de polarização centrífuga (CPM), desenvolvido pelo falecido cientista renomado do MBL Shinya Inoué, e o microscópio de contraste de interferência diferencial independente de orientação (OI-DIC), desenvolvido pelo cientista sênior do MBL Michael Shribak.

O CPM aplica forças centrífugas controláveis a uma amostra girando-a em altas velocidades enquanto a ilumina com pulsos de laser estroboscópicos. Usando o CPM, Kimura, Makoto Goda (Faculdade de Medicina da Universidade de Hamamatsu), Tomomi Tani (Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada, então no MBL) e o Cientista Sênior do MBL Rudolf Oldenbourg descobriram que quando os ovos fertilizados de C. elegans são centrifugados, o núcleo da célula é deslocado do centro da célula.

Com os microscópios CPM e OI-DIC , "agora podemos comparar as duas espécies [nematoide e ouriço-do-mar] e discutir as generalidades e diferenças", diz Kimura.

O trabalho revelou que a força necessária para mover o núcleo em C. elegans era aproximadamente um sexto menor do que a medida no ouriço-do-mar, embora ainda maior do que o estimado teoricamente. De acordo com Kimura, "isso significa que há uma propriedade desconhecida do citoplasma que torna organelas grandes difíceis de mover, e que não é contabilizada na teoria atual".

O mecanismo de centralização nuclear é considerado mais provavelmente dependente da atividade dos microtúbulos dentro da célula, embora ainda seja debatido se os microtúbulos estão empurrando ou puxando o córtex celular. Os resultados deste estudo foram consistentes com o último mecanismo, mas mais trabalho e talvez comparação com outros organismos de pesquisa ajudarão a resolver a questão.

"Estabelecemos uma nova maneira de usar o poder dos microscópios CPM e OI-DIC para medir a força em C. elegans", diz Kimura.

Como essa nova técnica não requer a injeção de esferas na célula, como o método de pinças magnéticas ou ópticas, ela é menos complexa e mais versátil. Agora, diz Kimura, "podemos conduzir os experimentos em várias células manipuladas por genes para revelar a relação entre força física e genes".