Tecnologia Científica

Pesquisadores escutam conversas celulares
Uma equipe interdisciplinar de biólogos e matemáticos desenvolveu uma nova ferramenta para ajudar a decifrar a linguagem que as células usam para se comunicarem umas com as outras.
Por Universidade da Califórnia - 18/02/2021


Visão geral de como o CellChat pode converter a "linguagem molecular" das células na tradução que pode ser interpretada pelos pesquisadores. Crédito: Suoqin Jin, Qing Nie & Maksim Plikus / UCI

Uma equipe interdisciplinar de biólogos e matemáticos da Universidade da Califórnia, Irvine desenvolveu uma nova ferramenta para ajudar a decifrar a linguagem que as células usam para se comunicarem umas com as outras.

Em artigo publicado hoje na Nature Communications , os pesquisadores apresentam o CellChat, uma plataforma computacional que permite a decodificação de moléculas sinalizadoras que transmitem informações e comandos entre as células que se unem para formar tecidos biológicos e até órgãos inteiros.

"Para entender adequadamente por que as células fazem certas coisas e prever suas ações futuras, precisamos ser capazes de ouvir o que elas estão dizendo umas às outras; ferramentas matemáticas e de aprendizado de máquina permitem a tradução de tais mensagens", disse o co-sênior autor Qing Nie, Professor de matemática e biologia celular e do chanceler da UCI .

"Assim como em nosso mundo, onde somos constantemente bombardeados com informações, todas as células experimentam muitas palavras moleculares chegando a elas simultaneamente", acrescentou o coautor Maksim Plikus, professor de biologia celular e desenvolvimento da UCI, "O que eles escolhem fazer depende desse fluxo constante de informações moleculares e de quais palavras e frases estão sendo ouvidas mais alto. "

Para usar o CellChat para traduzir mensagens moleculares entre as células, os pesquisadores alimentam a expressão de um gene de uma única célula e surge um relatório detalhado sobre os recursos de comunicação de sinalização de um determinado tecido ou órgão.

"Para cada grupo distinto de células, o CellChat mostra quais sinais significativos estão sendo enviados para seus vizinhos e quais sinais eles têm a capacidade de receber", disse Plikus. "Como um intérprete da linguagem celular, o CellChat fornece aos cientistas uma visão valiosa dos padrões de sinalização que orientam a função de todo o órgão."

No desenvolvimento do CellChat, os pesquisadores do NSF-Simons Center for Multiscale Cell Fate Research da UCI - incluindo os bolsistas de pós-doutorado Suoqin Jin, Christian F. Guerrero-Juarez, Raul Ramos e Lihua Zhang - emprestaram muito de ferramentas de aprendizado de máquina e teoria de rede social, que permite a plataforma para prever um significado de nível superior da linguagem celular e identificar semelhanças contextuais que de outra forma não seriam óbvias. Ele quebra a imensa complexidade dos padrões de comunicação celular.

As células produzem moléculas modificadoras para dar ênfase a um determinado comando, transformando "faça isso" em "faça isso agora". O CellChat calibra automaticamente a força da comunicação de sinalização entre as células, considerando todas as moléculas modificadoras significativamente presentes. Como resultado, sua tradução torna-se mais sutil e ajuda a minimizar imprecisões que afetam outras ferramentas computacionais semelhantes, porém menos sofisticadas.

Além do empreendimento de pesquisa puramente fundamental para interpretar essas mensagens biológicas, Nie disse que o CellChat também pode ser usado para comparar as redes de comunicação em diferentes estados de um órgão, como doença e saúde. Chamando-o de "Google Translator para o léxico das células ", Nie disse que uma das capacidades mais significativas da ferramenta é que ela pode ser usada para descobrir fatores moleculares em um amplo espectro de doenças, incluindo câncer e doenças auto-imunes .

"Em nosso artigo, mostramos o poder do CellChat usando dermatite atópica , uma doença da pele humana, mas a ferramenta pode ser usada em qualquer tecido com o mesmo sucesso", acrescentou Plikus.

 

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