Um novo estudo do Caltech examina embriões de camundongos quando eles são compostos por apenas duas células, logo após sofrerem sua primeira divisão celular. Esta pesquisa é a primeira a mostrar que essas duas células diferem significativamente — cada uma apresentando níveis distintos de certas proteínas. É importante ressaltar que a pesquisa revela que a célula que retém o local de entrada do espermatozoide após a divisão acabará por constituir a maior parte do corpo em desenvolvimento, enquanto a outra contribui amplamente para a placenta. Embora os estudos tenham sido realizados em modelos de camundongos, eles fornecem informações cruciais para a compreensão de como os embriões humanos se desenvolvem. De fato, os pesquisadores também avaliaram embriões humanos imediatamente após sua primeira divisão celular e descobriram que essas duas células também são profundamente diferentes.

A pesquisa foi conduzida principalmente no laboratório de Magdalena Zernicka-Goetz , professora titular da Cátedra Bren de Biologia e Engenharia Biológica, e é descrita em um estudo publicado na revista Cell em 3 de dezembro.

Após um espermatozoide fertilizar um óvulo, o embrião recém-formado começa a se dividir e multiplicar, tornando-se, ao longo da vida, os trilhões de células que compõem o corpo humano adulto. Cada célula tem uma função especializada: células imunológicas patrulham e destroem invasores, neurônios enviam sinais elétricos e células da pele protegem contra os elementos, para citar apenas alguns exemplos.

Anteriormente, acreditava-se que todas as células de um embrião em desenvolvimento eram idênticas, pelo menos até o estágio em que o embrião consistia em 16 ou mais células. Mas o novo estudo mostra que diferenças, ou assimetrias, existem mesmo nas duas células de um embrião no estágio de duas células. Essas diferenças permitem a especialização das células — neste caso, levando à formação do corpo e da placenta. Nesse estágio, as células do embrião são chamadas de blastômeros.

A equipe descobriu cerca de 300 proteínas que se distribuem de forma diferente entre os dois blastômeros: algumas são produzidas em excesso em um e deficientes no outro, e vice-versa. Todas essas proteínas são importantes para orquestrar os processos de síntese e degradação de outras proteínas, à medida que o conjunto de proteínas fornecidas pela mãe diminui e é substituído pelas produzidas pelo embrião.

O local de entrada do espermatozoide na célula parece ser um fator crucial para determinar qual blastômero desempenhará cada função. Biólogos do desenvolvimento acreditavam, há muito tempo, que o espermatozoide de mamíferos simplesmente fornecia material genético, mas este novo estudo indica que o ponto de entrada do espermatozoide envia sinais importantes para o embrião em divisão. O mecanismo pelo qual isso ocorre ainda não está claro; por exemplo, o espermatozoide pode estar contribuindo com estruturas celulares específicas (organelas), RNA regulatório ou ter um estímulo mecânico. Estudos futuros se concentrarão na compreensão desse mecanismo.

Para chegar a essas descobertas, o laboratório de Zernicka-Goetz colaborou com dois laboratórios especializados em proteômica (o estudo de populações de proteínas): o laboratório de Tsui-Fen Chou, professora de pesquisa em biologia e engenharia biológica no Caltech; e o de Nicolai Slavov na Northeastern University.

Um artigo descrevendo o estudo tem o título "A fertilização desencadeia a quebra precoce da simetria proteômica em embriões de mamíferos". Os autores principais são Lisa K. Iwamoto-Stohl, da Universidade de Cambridge e do Caltech, e Aleksandra A. Petelski, da Northeastern University e do Parallel Squared Technology Institute, em Massachusetts. Além de Zernicka-Goetz e Chou, outros coautores do Caltech são o cientista Baiyi Quan; Shoma Nakagawa, diretor do Centro de Engenharia de Células-Tronco e Embriões; os estudantes de pós-graduação Breanna McMahon e Ting-Yu Wang; e o pesquisador de pós-doutorado Sergi Junyent. Outros coautores são Maciej Meglicki, Audrey Fu, Bailey AT Weatherbee, Antonia Weberling e Carlos W. Gantner, da Universidade de Cambridge; Saad Khan, Harrison Specht, Gray Huffman e Jason Derks, da Northeastern University; e Rachel S. Mandelbaum, Richard J. Paulson e Lisa Lam, da USC. O financiamento foi fornecido pela Wellcome Trust, pela Open Philanthropy Grant, pelo prêmio Distinguished Scientist NOMIS , pelos Institutos Nacionais de Saúde (NIH), pelo Paul G. Allen Frontiers Group e pelo Instituto Beckman do Caltech. Magdalena Zernicka-Goetz é professora afiliada ao Instituto de Neurociência Tianqiao e Chrissy Chen do Caltech .