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 conteaºdo 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 botaµes florais emergindo em seus flancos. As células marcadas em verde estãoprestes a entrar na replicação do DNA, enquanto o marcador magenta mostra acaºmulo de KRP4, que faz parte do mecanismo que regula o tamanho da canãlula. Crédito: John Innes Center

Desde que os cientistas descobriram as células sob o microsca³pio, hámais de 350 anos, eles notaram que cada tipo de canãlula tem um tamanho caractera­stico. De bactanãrias minaºsculas a neura´nios com centa­metros de comprimento, o tamanho éimportante para o funcionamento das células. A questãode como esses blocos de construção da vida regulam seu pra³prio tamanho, entretanto, permaneceu um mistanãrio.

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

O professor Robert Sablowski, lider de grupo no John Innes Center e autor correspondente do estudo, disse: "Ha¡ muito tempo que se sugere que o DNA pode ser usado como escala para o tamanho da canãlula, mas não estãoclaro como as células podem ler o dimensionar e usar as informações. A chave éusar o DNA como um modelo para acumular a quantidade certa de uma protea­na, que precisa ser dilua­da antes que a canãlula se divida. a‰ emocionante encontrar uma solução tão simples para um problema."

O tamanho manãdio das células resulta de um equila­brio entre a quantidade de células que crescem e a frequência com que se dividem em duas. Ha¡ muito tempo estãoclaro que as células crescem atécerto tamanho antes de se dividirem. Mas como uma canãlula pode saber quanto cresceu?

Um bom lugar para investigar essa questãoéno 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 divisaµes 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 comea§ar sua vida com tamanhos varia¡veis, no momento em que as células estãoprontas para replicar seu DNA (uma etapa necessa¡ria antes da divisão celular, pois cada nova canãlula precisa de sua própria ca³pia do DNA), a maior parte da variabilidade inicial em tamanhos de células foi corrigido.

Eles então monitoraram uma protea­na chamada KRP4, cujo papel éatrasar o ini­cio 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 canãlula nasce muito pequena, ela recebe uma concentração maior de KRP4, o que retarda sua progressão para a replicação do DNA, permitindo que a canãlula alcance o mesmo tamanho das outras células. Por outro lado, se uma canãlula nasce muito grande, o KRP4 édilua­do para que possa passar rapidamente para o pra³ximo esta¡gio sem crescer mais. Com o tempo, isso mantanãm 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 "da¡ uma volta" no DNA, que éfornecido em ca³pias idaªnticas a cada canãlula recanãm-nascida. Desta forma, a quantidade inicial de KRP4 torna-se proporcional ao conteaºdo de DNA da canãlula. Para garantir que o KRP4 se acumule na canãlula-ma£e em proporção ao conteaºdo de DNA, qualquer excesso de KRP4 não ligado ao DNA édestrua­do antes da divisão celular por outra protea­na chamada FBL17. Modelos matema¡ticos e o uso de mutantes editados por genes com quantidades varia¡veis ​​desses componentes genanãticos confirmaram o mecanismo.

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

Experimentos futuros buscara£o explicar exatamente como a protea­na reguladora KRP4 se associa e, em seguida, se dissocia dos cromossomos durante a divisão celular. Os pesquisadores também querem entender se o mecanismo émodulado em diferentes tipos de células para produzir diferentes tamanhos manãdios.

As descobertas podem explicar a relação entre o tamanho do genoma e o tamanho da canãlula - espanãcies com genomas grandes e, portanto, muito DNA em suas células, tendem a ter células maiores. Isso éparticularmente importante em plantas de cultivo, muitas das quais foram selecionadas para conter várias ca³pias dos genomas presentes em seus ancestrais selvagens, levando a células maiores e, frequentemente, frutos e sementes maiores.

Componentes do mecanismo genanãtico que inclui KRP4 estãopresentes 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 biola³gicos, com implicações para a biologia celular humana e animal.

 

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