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Divida e defina: pistas para compreender como as células-tronco produzem diferentes tipos de células

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A ponta do testículo da mosca de fruta contendo células-tronco germinativas e a diferenciação das células germinativas. Cópias do cromossomo Y são marcadas com vermelho ou azul. Usando este método, os autores descobriram que as células germinativas herdam cópias específicas dos cromossomos Y (e X).A ponta do testículo da mosca de fruta contendo células-tronco germinativas e a diferenciação das células germinativas. Cópias do cromossomo Y são marcadas com vermelho ou azul. Usando este método, os autores descobriram que as células germinativas herdam cópias específicas dos cromossomos Y (e X).ANN ARBOR — O corpo humano contém trilhões de células, todas derivadas de uma única célula, ou zigoto, feita pela fusão de um óvulo e um espermatozóide. Essa única célula contém toda a informação genética necessária para se tornar um ser humano e passa cópias idênticas dessas informações para cada nova célula conforme ela se divide em muitos tipos diferentes de células, que compõem um organismo complexo como o ser humano.

Se cada célula é geneticamente idêntica, como ela cresce para se tornar pele, sangue, nervo, osso ou outro tipo de célula? Como as células-tronco leem o mesmo código genético mas se dividem em muitos tipos diferentes?

Pesquisadores da Universidade de Michigan encontraram a primeira evidência direta de que as células podem distinguir entre as cópias aparentemente idênticas de cromossomos durante a divisão das células-tronco, apontando para a possibilidade de que as informações distintas nas cópias do cromossomo podem fundamentar a diversificação dos tipos de célula.

Cientistas do laboratório da pesquisadora Yukiko Yamashita, do Instituto de Ciências da Vida, explicaram como as células-tronco podem distinguir entre duas cópias idênticas de cromossomos e distribuí-las para as células-filhas, em um processo chamado segregação não aleatória dos cromossomos. Eles também descrevem os genes responsáveis. O trabalho do grupo está programado para ser publicado online dia 5 de maio na revista Nature.

"Se nós pudermos descobrir como e por que as células se dividem desta forma, talvez nós sejamos capazes de ter uma idéia de como podemos evoluir até se tornar um ser humano completo, a partir de uma única célula," Yamashita disse. "É uma ciência muito básica, mas compreender os processos biológicos fundamentais sempre tem implicações abrangentes que podem ser exploradas na descoberta de terapias e drogas."

Durante o ciclo de divisão celular, a célula mãe duplica seus cromossomos, gerando dois conjuntos idênticos. Quando a célula se divide para se tornar duas células, cada célula herda um conjunto de cópias do cromossomo. Em muitas divisões, as células-filhas são idênticas à mãe — uma célula da pele se torna duas, por exemplo.

Mas em um processo chamado divisão assimétrica, uma célula se divide em duas filhas que não são idênticas — a célula-tronco da pele se divide em outra células-tronco da pele e uma célula normal da pele, por exemplo. Nesse caso, a informação genética dentro das cópias do cromossomo continua a mesma, mas o tipo de célula, ou o "destino da célula", é diferente.

O laboratório de Yamashita usou células-tronco de testículos da mosca de fruta Drosophila para estudar o processo de divisão celular.

"A célula-tronco da linha germinal da Drosophila pode ser identificada em uma única célula de resolução, então ela é um modelo ideal," disse Yamashita.

As células-tronco se agrupam e são fáceis de identificar; elas se dividem para produzir outra célula-tronco da linha germinal e uma célula diferenciada chamada gonialblast, que, eventualmente, vai se tornar uma célula de espermatozóide.

Os pesquisadores marcaram as cópias de cada cromossomo nas células-tronco da Drosophila conforme elas se dividiam. Usando este método, eles seguiram a tendência das cópias dos cromossomos X e o Y se moverem para a célula-tronco filha da linha germinal ou para a gonialblast. Eles foram capazes de demonstrar que cópias dos cromossomos X e Y (mas não outros cromossomos) são distinguidos e entregues para as células-filhas com uma influência surpreendente.

Esta é a primeira evidência direta de que as células certamente têm a capacidade de distinguir cópias idênticas dos cromossomos e separá-los de uma maneira regulamentada. Essa capacidade é uma hipótese e tem sido apontada como uma suspeita, mas nunca provada.

"Nós não sabemos ainda por que as cópias dos cromossomos X e Y se segregam não aleatoriamente," Yamashita disse. "Nós pensamos que talvez informações epigenéticas específicas são transmitidas para a célula-tronco da linha germinal e para a gonialblast."

Os resultados sugerem que as informações sobre os cromossomos X e Y que possibilitam esta divisão são preparados durante a gametogênese — o processo de criação do óvulo ou do espermatozóide — nos pais.

Muitas outras células espalhadas por todo o corpo são capazes de se dividir em dois tipos diferentes, especialmente durante o desenvolvimento embrionário. O próximo passo de Yamashita é explorar se a segregação não aleatória do cromossomo vista na Drosophila é um fenômeno generalizado que é compartilhado por mamíferos, incluindo seres humanos.

Yamashita é membro do corpo docente do Centro de Biologia das Células-Tronco do Instituto de Ciências da Vida, onde seu laboratório está localizado e toda a sua pesquisa é conduzida. Ela é também professora adjunta no Departamento de Biologia Celular e do Desenvolvimento e no Programa de Biologia Celular e Molecular.

Swathi Yadlapalli, do Instituto de Ciências da Vida da Escola de Medicina da U-M também foi autora do livro. O suporte para a pesquisa foi fornecido pelo Instituto Nacional de Saúde, Associação Americana do Coração e pela Fundação MacArthur.