Tecnologia Científica

Desenvolvimento embrionário em câmera lenta
Usando métodos moleculares modernos, os pesquisadores da ETH Zurich mostraram pela primeira vez exatamente o que acontece com o embrião durante esta fase. Eles identificaram sinais que controlam o despertar do embrião.
Por Peter Rüegg - 27/08/2021


O embrião do veado se desenvolve muito lentamente ao longo de vários meses. Na foto: embrião inicial de bovino sob o microscópio. Crédito: scientificazurich / ETH Zurich

O veado está entre os poucos mamíferos cujos embriões entram em um período de dormência particularmente longo. Usando métodos moleculares modernos, os pesquisadores da ETH Zurich mostraram pela primeira vez exatamente o que acontece com o embrião durante esta fase. Eles identificaram sinais que controlam o despertar do embrião.

Todos estão familiarizados com o cervo , seja por palavras cruzadas ou por encontros na vida real durante uma corrida ou uma caminhada na floresta: criaturas majestosas com grandes olhos negros elegantes.

Tão comum quanto o veado pode parecer nas florestas suíças, uma de suas características é única entre as espécies de veados. Após o acasalamento e fertilização do ovo no meio do verão, o embrião do tamanho de uma cabeça de alfinete não se implanta no útero, mas entra em um período de dormência, chamado diapausa embrionária . Esse período dura mais de quatro meses até dezembro. Só então o embrião continua seu desenvolvimento em ritmo normal e se implanta no útero. Em maio, após quatro meses e meio de gestação "real", a corça dá à luz de um a três filhotes.

Embora o fenômeno seja conhecido há mais de 150 anos, ainda é um quebra-cabeças. Várias formas de diapausa embrionária são conhecidas por ocorrerem em mais de 130 espécies de mamíferos. No entanto, eles raramente duram tanto quanto os observados no veado. E, o mais importante, quase nenhuma outra espécie mostra uma desaceleração tão pronunciada e contínua em vez de uma parada completa. Em ratos, os cientistas podem induzir artificialmente a diapausa. No entanto, em veados ainda não está claro quais fatores controlam a diapausa enquanto mantêm o embrião vivo.

O grupo de pesquisa liderado por Susanne Ulbrich, professora de Fisiologia Animal da ETH Zurich, vem investigando o mistério da diapausa do veado há algum tempo. Em um novo estudo, os pesquisadores mostram quais processos moleculares ocorrem no embrião enquanto ele está dormente: as células embrionárias continuam a se dividir durante a diapausa, embora muito lentamente. O número de células , incluindo células-tronco embrionárias , dobra apenas a cada duas ou três semanas. O estudo, que acaba de ser publicado na revista PNAS , envolveu não só o grupo ETH, mas também pesquisadores das Universidades de Zurique e Berna, além de instituições de pesquisa alemãs e francesas.
 
Transcrições de genes e moléculas de sinalização estudadas

Para responder à pergunta sobre o que impede as células embrionárias de se dividirem em um ritmo normal, os pesquisadores examinaram primeiro a composição molecular do fluido uterino. Em seguida, eles examinaram mais de perto o transcriptoma, ou seja, a soma de todas as moléculas de RNA mensageiro, dos embriões e das células epiteliais uterinas.

No fluido uterino, os pesquisadores encontraram substâncias sinalizadoras que podem regular a taxa de divisão celular. O aminoácido serina foi particularmente notável. Os pesquisadores do ETH mostraram que, no final da diapausa, a concentração de certos aminoácidos no fluido uterino muda. A taxa de proliferação celular então retorna concomitantemente a uma taxa normal.

Este processo envolve o complexo molecular alvo mamífero da rapamicina (mTOR). O mTOR reage aos aminoácidos e desempenha um papel crucial em muitas vias de sinalização metabólica em células de mamíferos, incluindo aquelas associadas ao câncer. mTORC1, por exemplo, regula a síntese de proteínas e, portanto, o crescimento e a divisão celular.

De acordo com as novas descobertas, a atividade de apenas mTORC1, mas não de mTORC2, é suprimida em embriões de veado durante a diapausa. Isso está em contraste com camundongos diapausando, onde a divisão celular é completamente interrompida após a inibição de mTORC1 e mTORC2.

Perto do final da diapausa, o aumento significativo no nível de aminoácidos no fluido uterino ativa o mTORC1. Isso, por sua vez, aumenta a expressão de genes metabólicos e do ciclo celular, impulsionando o desenvolvimento do embrião. Enquanto isso, como o mTORC2 não é inibido durante a diapausa em embriões de veado, os pesquisadores acreditam que isso poderia explicar por que a divisão celular continua lentamente.

Neste estudo, os pesquisadores não investigaram se outras moléculas de sinalização estão envolvidas junto com os vários aminoácidos. Também não está claro se os aminoácidos são realmente responsáveis ​​pela retomada do desenvolvimento embrionário ou se o próprio embrião também secreta moléculas que agem nas células maternas e nas vias de sinalização. O embrião pode indicar sua presença à mãe por meio de moléculas sinalizadoras específicas. Ulbrich gostaria de fechar essa lacuna de conhecimento em estudos futuros.

Nova luz sobre biologia reprodutiva

Essas novas descobertas lançam luz sobre a biologia reprodutiva e do desenvolvimento em geral. Uma questão fundamental é como a gravidez se estabelece em mamíferos. Por exemplo, nas mulheres e no gado doméstico, os embriões muitas vezes não se implantam no útero e morrem. "Isso tem a ver com interações complexas entre o embrião e a mãe", diz Ulbrich.

Ela acrescenta que uma gravidez bem-sucedida exige um momento preciso. O embrião deve se dar a conhecer no momento certo por meio de sinais (moleculares) apropriados e interromper o ciclo da mãe. “Queremos entender melhor essa interação entre o embrião e a mãe”, explica Ulbrich. Para isso, diz ela, o veado é um modelo ideal. O desenvolvimento embrionário do veado é muito semelhante ao do gado bovino, mas ocorre em câmera lenta. "Isso nos permite resolver melhor temporalmente a sequência de eventos e encontrar relações causais."

As descobertas também podem ajudar a melhorar a fertilização in vitro em humanos, para que os embriões não precisem mais ser congelados. Além disso, fatores naturais poderiam ser usados ​​para controlar a taxa de divisão das células, incluindo as células-tronco embrionárias.

 

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