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A carne, o músculo e o movimento de fusão celular
Os mioblastos são formados no embrião, mas uma pequena fração dessas células permanece no topo das fibras musculares ao longo de nossa vida, embora seu número diminua com a idade.
Por Weizmann Institute of Science - 20/12/2021


A visão surpreendente que apareceu no microscópio: células-tronco musculares retiradas de camundongos antes (quadro inferior) e após uma exposição de 24 horas (quadro superior) a uma molécula bloqueando a enzima ERK. Os mioblastos de camundongos sofreram fusão rápida, criando fibras musculares (vermelhas) com múltiplos núcleos (azul). Crédito: Dr. Tamar Eigler

Um dia, o Prof. Eldad Tzahor olhou em um microscópio em seu laboratório e viu um bife. Como parte da pesquisa de Tzahor sobre a reparação do tecido muscular, o Dr. Tamar Eigler, um pós-doutorado em seu laboratório no Instituto de Ciência Weizmann, estava fazendo experiências com células-tronco musculares em cultura. Um desses experimentos produziu a visão surpreendente que apareceu diante dos olhos de Tzahor: as células começaram a se fundir em pequenas fibras que engrossaram rapidamente, em horas criando grandes fibras musculares semelhantes às da carne cortada inteira.

Para desvendar a cadeia de eventos moleculares por trás dessa rápida transformação, Tzahor e Eigler, ambos do Departamento de Biologia Celular e Molecular, se uniram ao Dr. Ori Avinoam do Departamento de Ciências Biomoleculares, que estuda a fusão célula a célula . Essa cadeia começa com a exposição de células-tronco musculares, chamadas mioblastos, a uma pequena molécula que bloqueia uma enzima chamada ERK. O bloqueio faz com que essas células comecem a se diferenciar e se fundir em fibras minúsculas, e leva à ativação de outra enzima, CaMKII, que acaba desencadeando uma fusão e expansão maciça do mioblasto. Essas descobertas estão sendo publicadas hoje na Developmental Cell .

"Uma vez que todos os músculos em nosso corpo e os de outros animais, incluindo gado, são produzidos pelos mesmos processos biológicos, nossas descobertas podem ser aplicáveis ​​tanto ao estudo da regeneração muscular quanto à produção de carne cultivada", diz Tzahor.

Os mioblastos são formados no embrião, mas uma pequena fração dessas células permanece no topo das fibras musculares ao longo de nossa vida, embora seu número diminua com a idade. Quando um músculo é lesado, essas células-tronco são as responsáveis ​​por sua reparação e regeneração. Para iniciar o processo de reparo, essas células devem parar de se dividir para que possam amadurecer e começar a se fundir umas com as outras e com o tecido muscular lesado.

"Descobrir o que regula a fusão dos mioblastos é crucial para a compreensão do reparo muscular", diz Eigler. "Sem fusão não há regeneração."

Experimentos conduzidos por Eigler de fato sugerem que a via recém-descoberta que leva à fusão de mioblastos pode estar envolvida na regeneração muscular. Quando Eigler criou camundongos geneticamente modificados que não tinham a enzima final dessa via, CaMKII, esses camundongos demoraram mais para reparar uma lesão muscular do que aqueles cujos corpos produziram a enzima.

A nova abordagem permitiu aos cientistas observar como a fusão progride ao longo do tempo. Suas observações apoiam a noção de que a fusão ocorre em estágios primários e secundários distintos - algo que antes era mostrado em moscas-das-frutas, mas não em vertebrados. "No estágio primário, os mioblastos de núcleo único se fundem para formar miotubos, que têm dois ou três núcleos", explica Avinoam. “No estágio secundário, a fusão entra em alta velocidade, à medida que o resto dos mioblastos são atraídos para se fundir com os miotubos já formados, criando fibras musculares que contêm dezenas ou mesmo centenas de núcleos. A maior parte da fusão ocorre durante esse estágio secundário. . "
 
Vídeos de lapso de tempo mostram que o processo de fusão entra no estágio secundário 12 a 16 horas depois que as células são expostas à molécula bloqueadora de ERK. É quando o processo decola repentinamente, acelerando enormemente. Nas próximas 12 horas ou mais, as fibras se fundem furiosamente em músculos carnudos.

O fato de todos os mioblastos em uma placa de laboratório começarem a se fundir de maneira sincronizada sugere que eles podem estar seguindo um programa embutido para fazer músculos. E isso, por sua vez, sugere que os processos observados em laboratório imitam de perto a maneira como as fibras musculares se fundem no corpo.

Em experimentos de acompanhamento, os pesquisadores mostraram que a via ERK-para-CaMKII conduz a diferenciação e fusão muscular em mioblastos cultivados retirados de várias espécies de animais de fazenda, incluindo galinhas, vacas e ovelhas. As conclusões do estudo podem, portanto, ajudar a acelerar a produção de carne cultivada, reduzindo seu custo.

Uma nova empresa inicial, a ProFuse Technology, foi lançada recentemente para desenvolver as descobertas para uso na indústria de tecnologia de alimentos. A Yeda Research and Development Company, braço de transferência de tecnologia do Instituto Weizmann, concedeu à empresa direitos exclusivos sobre essa tecnologia e a patente que cobre essa pesquisa.

Há um ângulo histórico do Instituto Weizmann para essa pesquisa: um dos fundadores do estudo do crescimento muscular, o falecido Prof. David Yaffe, havia sido um cientista Weizmann. As culturas de mioblastos que ele desenvolveu na década de 1960 para explorar a diferenciação e fusão dessas células têm sido usadas por décadas por cientistas em todo o mundo. Agora, cerca de sessenta anos depois, a nova e eficiente forma de induzir tal diferenciação e fusão descoberta pelos cientistas de Weizmann pode avançar muito em estudos futuros no campo.

Os participantes do estudo incluíram Giulia Zarfati, Dra. Sansrity Sinha e Dra. Nadav Segev do laboratório de Avinoam; Emmanuel Amzallag, Avraham Shakked e Dr. Kfir-Baruch Umansky do laboratório de Tzahor; Yishaia Zabary e o Dr. Assaf Zaritsky da Universidade Ben-Gurion do Negev; Dr. Eyal D. Schejter do Departamento de Genética Molecular de Weizmann; e Dr. Douglas P. Millay, da University of Cincinnati College of Medicine.

 

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