Trabalhar com luz para ativar processos em células de levedura de fissão geneticamente modificadas está entre as pesquisas realizadas pelos biólogos experimentais do Martin Lab da Universidade de Lausanne, liderados pela professora Sophie Martin. Os membros da equipe realizavam esses experimentos quando perceberam que uma determinada proteína, quando introduzida na célula, seria deslocada da região de crescimento celular. Então, eles entraram em contato com Dimitrios Vavylonis, que lidera o Grupo Vavylonis no Departamento de Física da Universidade de Lehigh, para descobrir o porquê.
“Fizemos uma simulação computacional que acoplava o ‘crescimento’ da membrana celular ao movimento da proteína, bem como modelamos algumas outras hipóteses que consideramos após discussões com eles”, diz Vavylonis, um físico teórico.
Esta colaboração multidisciplinar combinou modelagem e experimentos para descrever um processo biológico até então desconhecido. As equipes descobriram e caracterizaram um novo mecanismo que uma simples célula de levedura usa para adquirir sua forma. Eles descrevem esses resultados em um artigo chamado “Padronização celular por fluxos de membrana plasmática induzidos por secreção” na última edição da Science Advances.
Quando as células se movem ou crescem, elas devem adicionar uma nova membrana a essas regiões de crescimento, diz Vavylonis. O processo de entrega da membrana é denominado exocitose. As células também devem entregar essa membrana a um local específico para manter um senso de direção – chamado de “polarização” – ou crescer de maneira coordenada.
“Demonstramos que esses processos estão acoplados: o excesso local de exocitose faz com que algumas das proteínas ligadas à membrana se movam (‘fluam’) para longe da região de crescimento”, diz Vavylonis. “Essas proteínas que se afastam marcam a região celular que não cresce, estabelecendo um padrão autossustentável, que dá origem ao formato tubular dessas células de levedura.”
Esta é a primeira vez que este mecanismo de padronização celular – o processo pelo qual as células adquirem não uniformidades espaciais em suas superfícies – foi identificado.
As simulações da equipe Vavylonis, lideradas pelo Associado de Pós-Doutorado David Rutkowski, levaram a testes experimentais que o grupo Martin então realizou. Vavylonis e Rutkowski analisaram os resultados dos experimentos para confirmar que a distribuição de proteínas que eles notaram em suas simulações correspondia aos dados coletados dos experimentos em células vivas.
A equipe diz que o trabalho pode ser de particular interesse para pesquisadores que investigam processos relacionados ao crescimento celular e tráfego de membrana, como neurobiologistas e aqueles que estudam processos de células cancerígenas.
“Nosso trabalho mostra que os padrões em sistemas biológicos geralmente não são estáticos”, diz Rutkowski. “Os padrões se estabelecem por meio de processos físicos que envolvem fluxo contínuo e rotatividade.”
“Pudemos fornecer suporte para o modelo de padronização por fluxo de membrana”, disse Vavylonis. “No final, o grupo Martin foi capaz de usar esse conhecimento para criar células cuja forma pode ser controlada pela luz.”
Publicado em 18/09/2021 12h45
Artigo original:
Estudo original: