A matemática da “robustez” dos limites celulares: Pesquisadores descobriram o mecanismo matemático e biológico por trás das estruturas robustas nos limites celulares encontrados em tecidos como os rins e as glândulas nasais. A equipe espera que seus novos insights possam ajudar a desenvolver novas formas de tratar patologias associadas e construir melhores modelos biológicos para estudos futuros.
Nossas células vêm em todos os tipos de formas e tamanhos. Desde os neurônios que se estendem pelo sistema nervoso central até os glóbulos brancos esféricos que nos protegem contra infecções, a forma e a estrutura de uma célula são essenciais para sua função em nosso corpo. As estruturas entre as células também podem variar e, da mesma forma, possuem uma utilidade crucial.
Uma dessas estruturas intermediárias é o padrão “robusto” ou “ondulado” comumente encontrado entre as células epiteliais, o tipo de célula que cobre a pele e a maioria dos outros órgãos e vasos sanguíneos. Sob um microscópio, esses padrões podem parecer bastante indisciplinados, mas para o professor Takashi Miura, da Faculdade de Ciências Médicas da Universidade de Kyushu, é um assunto fascinante.
“Quase parece com os dentes entrelaçados em um zíper. Os pesquisadores também descrevem essas estruturas como limites celulares interdigitados”, explica Miura, que liderou o estudo publicado hoje (21 de abril) na iScience. “Muitas células têm limites celulares interdigitados. Por exemplo, podócitos renais que funcionam como filtros para gerar urina têm padrões de interdigitação muito intrincados. As células epidérmicas das folhas das plantas parecem um quebra-cabeça para reduzir o estresse mecânico nas paredes celulares”.
Uma função crítica das células epiteliais é facilitar o transporte de moléculas e fluidos entre os referidos limites celulares, um processo conhecido como transporte paracelular. Trabalhos recentes propuseram que a interdigitação da fronteira aumenta a eficiência do transporte. No entanto, como exatamente essas estruturas se formam – e seu significado fisiológico – ainda não são totalmente compreendidos.
“Começamos estudando a interdigitação nas células MDCK, um tipo de célula epitelial originária dos rins e comumente utilizada no estudo da formação do padrão epitelial”, afirma Miura. “Encontramos algo inesperado quando quebramos matematicamente o padrão de limite célula-célula. Acontece que essas estruturas aparentemente aleatórias não são nada aleatórias e, de fato, são dimensionadas matematicamente. Em outras palavras, o padrão tem autossimilaridade – se você ampliar o limite, ele mantém as mesmas características do padrão original”
A equipe então explorou modelos matemáticos estabelecidos para entender como e por que os padrões de interdigitação têm essa forma distinta. Depois de várias hipóteses de trabalho, eles chegaram a um modelo chamado modelo de Edwards-Wilkinson.
“O modelo Edwards-Wilkinson é usado para simular matematicamente um limite de agitação aleatória com uma função de minimizar o comprimento desse limite. A escala dos limites celulares que encontramos se encaixa nesse modelo”, continua Miura. “Depois disso, nosso próximo passo foi encontrar o mecanismo molecular responsável por essa dinâmica.”
A equipe se concentrou no papel da actomiosina, o complexo proteico actina-miosina responsável por quase tudo que requer força nas atividades celulares. Ao observar de perto, eles identificaram proteínas específicas de miosina que se localizariam no limite da célula dobrada.
Miura explica que suas novas descobertas lhes dão uma melhor compreensão dos fundamentos da dinâmica celular e contribuem para a tendência maior de desenvolver os fundamentos matemáticos da biologia.
“A matemática sempre esteve intimamente ligada aos campos da Química e da Física. A quebra matemática de processos fundamentais em Biologia ainda é um domínio relativamente novo, que cresceu acentuadamente nos últimos 20 anos”, conclui. “Acho que mostra que a área de Biologia está amadurecendo. À medida que desenvolvemos esse campo, ele nos dará novas perspectivas sobre os fundamentos da vida e a beleza dos padrões biológicos.”
Publicado em 25/04/2023 11h13
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