Estima-se que a maioria das gestações que falham o faz nos primeiros sete dias após a fertilização, antes de o embria£o se implantar no aºtero. Nesse período, uma complicada cascata de eventos ocorre com um tempo preciso. Um processo particularmente importante échamado de polarização, quando as células individuais que constituem o embria£o tornam-se assimanãtricas. A polarização ocorre em 2,5 dias para embriaµes de camundongos e 3,5 dias para embriaµes humanos.

Assim como os maºsicos que tocam juntos em uma orquestra precisam tocar na hora certa - nem cedo, nem tarde - o momento da polarização écrítico para o funcionamento embriona¡rio adequado. Estudos demonstraram que, se a polarização ocorrer muito cedo ou muito tarde, o embria£o tera¡ menos probabilidade de se desenvolver adequadamente. Obviamente, os embriaµes não podem olhar para um rela³gio para saber quando éa hora de polarizar, então como eles "sabem" quando éa hora?

Um novo estudo do laboratório da bia³loga do desenvolvimento da Caltech Magdalena Zernicka-Goetz , Professora Bren de Biologia e Engenharia Biola³gica, descobriu os sinais que os embriaµes de camundongos seguem para iniciar a polarização. Compreender os mecanismos moleculares subjacentes ao desenvolvimento embriona¡rio éfundamental para compreender como a vida comea§a.

"Nosso laboratório quer entender os mecanismos moleculares e celulares das duas primeiras semanas de nossas vidas que são cra­ticos para o sucesso de nosso desenvolvimento", disse Zernicka-Goetz. "Este éo momento em que o futuro corpo édefinido. Nossas novas descobertas identificam o mecanismo subjacente a  primeira escolha que as células do embria£o devem tomar no desenvolvimento."

Um artigo descrevendo a pesquisa foi publicado na revista Science em 11 de dezembro de 2020.

O trabalho, liderado pelo pa³s-doutorado da Universidade de Cambridge, Meng Zhu, identificou duas etapas importantes que são necessa¡rias para o momento correto da polarização no embria£o de camundongo.

A primeira éa ativação do genoma ziga³tico, ou ZGA, que representa o "despertar" inicial do DNA embriona¡rio após ele ter se combinado a partir do espermatoza³ide e do a³vulo, com certos genes para o desenvolvimento ligados como um computador dormente inicializando. Uma inundação de atividade molecular segue ZGA e, durante esse período, a equipe descobriu, três fatores específicos - estruturas baseadas em protea­nas chamadas Tfap2c, Tead4 e RhoA - trabalham juntos para iniciar a polarização.

Esta pesquisa éa primeira a identificar as condições necessa¡rias e suficientes que impulsionam a polarização celular. "Isso édesconhecido hámuito tempo", diz Zhu. “Nosso trabalho ilustra a importante base molecular sobre o mecanismo por trás da polarização celular e abre caminho para responder a ainda mais questões sobre o desenvolvimento embriona¡rio, como o que desencadeia a expressão dos três fatores que identificamos? O que desencadeia o ZGA, que estãoa montante de tudo? "

Depois que a equipe identificou os três fatores que iniciam a polarização, eles voltaram seu foco para o pra³prio processo de polarização. Liderada pelo segundo autor do artigo, Jake Cornwall-Scoones, que era estudante de graduação no laboratório Zernicka-Goetz em Cambridge antes da transição do laboratório para o Caltech em 2019, a equipe teve como objetivo desenvolver um modelo quantitativo do processo de polarização. Trabalhando junto com Matt Thomson da Caltech, professor assistente de biologia e engenharia biológica, Cornwall-Scoones desenvolveu um modelo quantitativo de como as protea­nas se movem atravanãs do embria£o para torna¡-lo polarizado. O modelo levou em consideração os três fatores identificados por Zhu e revelou como asmudanças nos na­veis desses fatores alteraram o movimento das protea­nas de polarização. O modelo correspondeu corretamente a s imagens microsca³picas de embriaµes conduzidas por Zhu.

"Tem sido tão empolgante ver o modelo de polaridade de Jake junto com os dados quantitativos de tirar o fa´lego de Meng e o sistema de modelo desenvolvido pelo grupo de Magda", disse Thomson, que também éInvestigador do Heritage Medical Research Institute. "Meng e Jake conseguiram ajustar os parametros do modelo aos dados e fazer previsaµes quantitativas sobre a dina¢mica do processo e os modos de falha que podem ocorrer em diferentes mutantes. Este artigo éum dos primeiros casos que tenho conhecimento de onde foi possí­vel alcana§ar uma compreensão verdadeiramente quantitativa de um processo crítico de desenvolvimento no embria£o inicial. "

A equipe de Zernicka-Goetz estãoagora estudando atéque ponto o mecanismo de tempo de polarização no embria£o de camundongo ésemelhante ao processo ana¡logo em embriaµes humanos.

O artigo éintitulado "Rela³gio de desenvolvimento e mecanismo de polarização de novo do embria£o de camundongo". Além de Zhu, Cornwall-Scoones, Thomson e Zernicka-Goetz, outros co-autores são Peizhe Wang e Jie Na da Universidade de Tsinghua na China e Charlotte Handford da Universidade de Cambridge. O financiamento foi fornecido pelo Wellcome Trust, o European Research Council, o Leverhulme Trust, Open Philanthropy, a Weston Havens Foundation, o National Institutes of Health, a David and Lucile Packard Foundation, o Heritage Medical Research Institute e o National Key R&D Program da China. Magdalena Zernicka-Goetz e Matt Thomson são membros do corpo docente afiliados ao Tianqiao e Chrissy Chen Institute for Neuroscience da Caltech .