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Modelando como as células escolhem seus destinos
Pode parecer difícil de acreditar, mas cada um de nós começou como uma única célula que se proliferou nos trilhões de células que compõem nossos corpos.
Por Lori Dajose - 21/01/2022


Crédito: Ronghui Zhu, laboratório Elowitz, Caltech

Pode parecer difícil de acreditar, mas cada um de nós começou como uma única célula que se proliferou nos trilhões de células que compõem nossos corpos. Embora cada uma de nossas células tenha exatamente a mesma informação genética, cada uma também desempenha uma função especializada: os neurônios governam nossos pensamentos e comportamentos, por exemplo, enquanto as células imunológicas aprendem a reconhecer e combater doenças, as células da pele nos protegem do mundo exterior, os músculos células permitem o movimento, e assim por diante.

Todos esses tipos de células têm uma origem comum, as chamadas células-tronco pluripotentes . Cheias de possibilidades, as células-tronco são como uma lousa em branco que pode se tornar qualquer tipo de célula. Como analogia, pense em como uma criança se torna um adulto e escolhe uma carreira e um caminho de vida. Como as células -tronco escolhem suas carreiras depende de complicadas cadeias de reações dentro do genoma de uma célula (seu DNA), chamadas de circuitos genéticos .

Agora, pesquisadores do laboratório de Michael Elowitz, da Caltech, professor de biologia e bioengenharia e investigador do Howard Hughes Medical Institute, desenvolveram um circuito genético sintético que demonstra como as células podem escolher seus destinos. A pesquisa é descrita em um artigo publicado na revista Science em 20 de janeiro.

Usando esse circuito, que eles chamaram de MultiFate, os pesquisadores mostraram como um conjunto relativamente pequeno de componentes e interações de proteínas é suficiente para estabelecer e controlar um número maior de estados celulares por meio de uma propriedade chamada "multiestabilidade". O MultiFate agora permite que os pesquisadores criem uma única célula viva que pode mudar para diferentes estados, cada um estável por conta própria, mas capaz de desempenhar uma função distinta – análoga ao que acontece em nossos próprios corpos.

Liderados pelo estudante de pós-graduação Ronghui Zhu, os pesquisadores projetaram um circuito artificial de genes que poderiam funcionar dentro de células cultivadas em laboratório sem interferir nos processos celulares normais. O circuito MultiFate consiste em três genes, cada um codificando um fator de transcrição correspondente (uma proteína que ativa a expressão de genes) marcado com uma proteína de cor distinta: vermelho, verde ou azul. Cada uma dessas três proteínas liga-se ao seu próprio DNA. Os três tipos de proteínas também podem se unir para bloquear a atividade uma da outra.
 
Conforme previsto pelo modelo matemático da equipe, esse tipo de circuito pode permitir que uma célula exista em até sete estados distintos. Como os pixels na tela do computador, cada um desses estados expressa uma combinação diferente das proteínas vermelha, verde e azul, fazendo com que as células brilhem em sete tons diferentes: vermelho, verde, azul, ciano, branco, magenta ou amarelo. . Uma vez em um desses estados, a célula permanece nele, a menos que seja deliberadamente perturbada pelos pesquisadores. Como as células estão trancadas em seus destinos, uma célula passa seu destino (cor) para suas células filhas à medida que cresce e se divide.

Além disso, ao contrário dos circuitos celulares naturais, que podem ser difíceis de controlar, os pesquisadores projetaram o MultiFate para que pudessem induzir a célula a alternar entre os sete estados usando certas drogas.

"Este trabalho mostra como projetar e construir circuitos sintéticos a partir do zero pode fornecer insights sobre fenômenos biológicos fundamentais. tantos destinos, também poderia fornecer uma base para estender as terapias celulares para tirar proveito de vários tipos de células para realizar funções terapêuticas mais complexas que nenhum tipo de célula poderia fornecer", diz Elowitz.

O artigo é intitulado "Multiestabilidade sintética em células de mamíferos". Zhu é o primeiro autor do artigo. Além de Zhu e Elowitz, os coautores são o estudante de pós-graduação da Caltech Jesus M. del Rio-Salgado e Jordi Garcia-Ojalvo da Universitat Pompeu Fabra em Barcelona, ​​Espanha.

 

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