Cientistas da Feinberg estão reformulando a compreensão científica dos menores componentes da célula — estruturas antes consideradas estáticas, agora reveladas como motores dinâmicos da vida celular. Ao investigarem o funcionamento interno das células, eles não apenas expandem a compreensão dos processos celulares, mas também abrem caminho para novas terapias e diagnósticos.

Pesquisas recentes lideradas por Vladimir Gelfand, Ph.D., professor Leslie B. Arey de Ciências Celulares, Moleculares e Anatômicas, e Sergey Troyanovsky, Ph.D., professor de Dermatologia e de Biologia Celular e do Desenvolvimento, revelaram novos papéis para os filamentos do citoesqueleto e junções intercelulares, enquanto um estudo separado de Brian Mitchell, Ph.D., professor associado de Biologia Celular e do Desenvolvimento, identificou um novo mecanismo que protege as células epiteliais de danos.

Em um estudo publicado no Journal of Cell Biology , a equipe de Gelfand usou técnicas avançadas de imagem para observar filamentos intermediários de vimentina — componentes-chave do citoesqueleto — dentro de células vivas.

"Essencialmente, esses filamentos são normalmente considerados o componente menos dinâmico do citoesqueleto", disse Gelfand. "As pessoas geralmente acreditam que os filamentos apenas ajudam as células a manter sua forma e a prevenir danos mecânicos. Mas, há muito tempo, começamos a suspeitar que os filamentos são mais dinâmicos do que as pessoas imaginam."

Contrariando a crença antiga de que esses filamentos são rígidos e agrupados, Gelfand e seu laboratório descobriram que os filamentos de vimentina são altamente móveis e viajam individualmente ao longo dos microtúbulos, as vias internas da célula. Essa descoberta redefine o papel dos filamentos intermediários, sugerindo que eles participam ativamente do transporte intracelular e da adaptação estrutural.

"Existem vários desses microtúbulos forçados pelos motores moleculares e eles interagem hidrodinamicamente uns com os outros", disse Sayantan Dutta, Ph.D., cientista visitante em Feinberg e ex-aluno de Princeton e do Centro de Biologia Computacional do Instituto Flatiron, que foi o primeiro autor do estudo.

Devido à interação hidrodinâmica, os microtúbulos se curvam de forma coordenada para criar um fluxo em larga escala. Essa é a nossa principal descoberta, apoiada tanto por extensas simulações computacionais quanto pelas imagens suplementares.

Em outro estudo publicado na Nature Physics , Gelfand e colegas descobriram que o citoplasma dentro das células está longe de ser inerte. Em vez disso, ele é agitado por "turbilhões" microscópicos — movimentos semelhantes a vórtices que ajudam a distribuir organelas e outras cargas celulares. Esses movimentos giratórios, observados em ovócitos (óvulos imaturos), são impulsionados pelo citoesqueleto, uma rede de filamentos proteicos que atua como um andaime e um sistema de transporte. As descobertas sugerem que a organização citoplasmática é um processo altamente orquestrado, essencial para o desenvolvimento e a função celular adequados.

A pesquisa de Troyanovsky se concentrou nas junções aderentes, os complexos proteicos que mantêm as células unidas. Em um estudo publicado na Nature Communications , sua equipe revelou novos insights sobre como a "cola" intercelular funciona para permitir interações entre as células.

No estudo, sua equipe revelou que essas junções se formam por meio de um processo gradual, começando com pequenas "pré-junções" que eventualmente se transformam em estruturas adesivas completas. Essa compreensão da adesão celular pode ter implicações para a compreensão do desenvolvimento dos tecidos e de doenças como câncer e eczema, afirmou.

Adicionando outra camada a essa narrativa celular, o laboratório de Brian Mitchell descobriu um mecanismo até então desconhecido que as células epiteliais usam para lidar com a superlotação — um estressor comum em ambientes teciduais. Em vez de sofrer extrusão celular, que pode ser prejudicial, as células epiteliais iniciam a macropinocitose — um processo no qual a célula engloba o material extracelular. Essa ação reduz a superfície apical da célula, aliviando a pressão e preservando a integridade do tecido.

"À medida que o tecido se aglomera, esses eventos ocorrem periodicamente para evitar que ele precise passar pelo processo de extrusão celular. Ambos os processos podem resolver o problema, mas a extrusão celular é mais custosa e irreversível", disse Mitchell.

O estudo, publicado na Nature Communications, foi conduzido em embriões de sapo e identifica uma maneira pela qual as células se adaptam ao estresse mecânico sem sacrificar sua própria viabilidade.

Juntos, esses estudos ressaltam uma mudança de paradigma na biologia celular: as menores estruturas dentro das células não são andaimes passivos, mas participantes ativos na manutenção da saúde celular, comunicação e adaptabilidade.

À medida que os cientistas de Feinberg continuam a explorar esses mecanismos microscópicos, seu trabalho promete informar novas estratégias terapêuticas e aprofundar a compreensão da vida em seu nível mais fundamental.