Tecnologia Científica

Como as células se medem
Em um estudo com foco na ponta crescente das plantas, os pesquisadores mostram que as células usam seu conteúdo de DNA como um medidor interno para avaliar e ajustar seu tamanho.
Por John Innes Center - 11/06/2021


A imagem mostra um meristema apical caulinar (no centro) com botões florais emergindo em seus flancos. As células marcadas em verde estão prestes a entrar na replicação do DNA, enquanto o marcador magenta mostra acúmulo de KRP4, que faz parte do mecanismo que regula o tamanho da célula. Crédito: John Innes Center

Desde que os cientistas descobriram as células sob o microscópio, há mais de 350 anos, eles notaram que cada tipo de célula tem um tamanho característico. De bactérias minúsculas a neurônios com centímetros de comprimento, o tamanho é importante para o funcionamento das células. A questão de como esses blocos de construção da vida regulam seu próprio tamanho, entretanto, permaneceu um mistério.

Agora temos uma explicação para essa questão biológica de longa data. Em um estudo com foco na ponta crescente das plantas, os pesquisadores mostram que as células usam seu conteúdo de DNA como um medidor interno para avaliar e ajustar seu tamanho.

O professor Robert Sablowski, líder de grupo no John Innes Center e autor correspondente do estudo, disse: "Há muito tempo que se sugere que o DNA pode ser usado como escala para o tamanho da célula, mas não está claro como as células podem ler o dimensionar e usar as informações. A chave é usar o DNA como um modelo para acumular a quantidade certa de uma proteína, que precisa ser diluída antes que a célula se divida. É emocionante encontrar uma solução tão simples para um problema."

O tamanho médio das células resulta de um equilíbrio entre a quantidade de células que crescem e a frequência com que se dividem em duas. Há muito tempo está claro que as células crescem até certo tamanho antes de se dividirem. Mas como uma célula pode saber quanto cresceu?

Um bom lugar para investigar essa questão é no meristema do caule, a ponta em crescimento da planta, que fornece novas células para fazer folhas, flores e caules. As células meristema crescem e se dividem constantemente. Suas divisões geralmente não são iguais, produzindo células de tamanhos diferentes. Com o tempo, essas diferenças devem aumentar, mas as células do meristema permanecem em uma faixa estreita de tamanhos por longos períodos.

Neste estudo, que foi publicado na Science , os pesquisadores do John Innes Center acompanharam cuidadosamente o crescimento e a divisão das células do meristema ao longo do tempo. Eles descobriram que, embora as células possam começar sua vida com tamanhos variáveis, no momento em que as células estão prontas para replicar seu DNA (uma etapa necessária antes da divisão celular, pois cada nova célula precisa de sua própria cópia do DNA), a maior parte da variabilidade inicial em tamanhos de células foi corrigido.

Eles então monitoraram uma proteína chamada KRP4, cujo papel é atrasar o início da replicação do DNA, e descobriram que, independentemente de seu tamanho inicial, as células sempre nasceram com a mesma quantidade de KRP4. Isso significa que quando uma célula nasce muito pequena, ela recebe uma concentração maior de KRP4, o que retarda sua progressão para a replicação do DNA, permitindo que a célula alcance o mesmo tamanho das outras células. Por outro lado, se uma célula nasce muito grande, o KRP4 é diluído para que possa passar rapidamente para o próximo estágio sem crescer mais. Com o tempo, isso mantém as células do meristema dentro de uma faixa estreita de tamanho.
 
Mas o que garante que as células comecem com a mesma quantidade de KRP4? Descobriu-se que, quando as células se dividem, o KRP4 "dá uma volta" no DNA, que é fornecido em cópias idênticas a cada célula recém-nascida. Desta forma, a quantidade inicial de KRP4 torna-se proporcional ao conteúdo de DNA da célula. Para garantir que o KRP4 se acumule na célula-mãe em proporção ao conteúdo de DNA, qualquer excesso de KRP4 não ligado ao DNA é destruído antes da divisão celular por outra proteína chamada FBL17. Modelos matemáticos e o uso de mutantes editados por genes com quantidades variáveis ​​desses componentes genéticos confirmaram o mecanismo.

O professor Robert Sablowski explica este processo: "Um enigma que tivemos de resolver é como uma célula pode saber o quanto cresceu quando a maioria dos componentes de uma célula aumenta em número e tamanho, de forma que não podem ser usados ​​como régua fixa para medir o tamanho. Uma exceção é o DNA, que existe na célula em uma quantidade discreta - sua quantidade dobra precisamente antes da divisão celular, mas não varia com o crescimento celular. "

Experimentos futuros buscarão explicar exatamente como a proteína reguladora KRP4 se associa e, em seguida, se dissocia dos cromossomos durante a divisão celular. Os pesquisadores também querem entender se o mecanismo é modulado em diferentes tipos de células para produzir diferentes tamanhos médios.

As descobertas podem explicar a relação entre o tamanho do genoma e o tamanho da célula - espécies com genomas grandes e, portanto, muito DNA em suas células, tendem a ter células maiores. Isso é particularmente importante em plantas de cultivo, muitas das quais foram selecionadas para conter várias cópias dos genomas presentes em seus ancestrais selvagens, levando a células maiores e, frequentemente, frutos e sementes maiores.

Componentes do mecanismo genético que inclui KRP4 estão presentes em muitos organismos, e foi sugerido que esses componentes são importantes para regular o tamanho das células em células humanas. Assim, o mecanismo descoberto no estudo também pode ser relevante em reinos biológicos, com implicações para a biologia celular humana e animal.

 

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