Os dedos das mãos e dos pés humanos não crescem para fora como você poderia esperar. Em vez disso, nossos dedos hábeis são “esculpidos” dentro de um botão fundamental maior.
Leia também NASA mostra conceito para uma sonda ‘Cryobot’ de procura a vida alienígena
Agora, o primeiro atlas de células humanas do desenvolvimento inicial dos membros revelou finalmente, em detalhes requintados, exatamente como isso acontece.
Antes disso, nossa compreensão do desenvolvimento dos membros dos vertebrados baseava-se amplamente em organismos modelo, como camundongos e embriões de galinha, e em células-tronco cultivadas em laboratório.
Embora os humanos partilhem algumas semelhanças com outros vertebrados, a sua biologia diverge obviamente da nossa.
Os detalhes da formação precoce dos membros também se tornaram um pouco confusos devido às limitações tecnológicas, agora ultrapassadas, e às restrições à utilização de embriões humanos para investigação para além dos 14 dias, uma regra que foi flexibilizada sob estritas disposições éticas.
A imagem construída até agora tinha membros emergindo inicialmente como botões disformes de membros projetando-se das laterais do corpo embrionário. Oito semanas depois, se tudo correr conforme o planejado, essas bolsas se transformaram em membros anatomicamente distintos e reconhecíveis, completos com dedos das mãos e dos pés.
É um processo notável no desenvolvimento embrionário inicial que produz, sem dúvida, uma das nossas características humanas mais marcantes: os nossos polegares longos.
Em 2014, os cientistas descreveram como moléculas específicas expressas em momentos precisos do desenvolvimento embrionário moldaram a formação dos dedos das mãos e dos pés, embora essas previsões se baseassem em simulações de dados experimentais.
Agora, uma equipe internacional liderada pelo biólogo celular Bao Zhang, da Universidade Sun Yat-sen, na China, analisou esse processo com detalhes requintados, analisando milhares de células individuais de tecidos embrionários doados que tinham entre 5 e 9 semanas de desenvolvimento.
“Identificamos 67 agrupamentos de células distintos de 125.955 células individuais capturadas e os mapeamos espacialmente em quatro momentos do primeiro trimestre para lançar uma nova luz sobre o desenvolvimento dos membros”, escreve a equipe em seu artigo publicado.
“Ao fazer isso, descobrimos vários novos estados celulares”, acrescentam.
“O que revelamos é um processo altamente complexo e regulado com precisão”, diz Hongbo Zhang, autor sênior e biólogo celular da Universidade Sun Yat-sen, na China.
“É como observar um escultor trabalhando, cinzelando um bloco de mármore para revelar uma obra-prima. Nesse caso, a natureza é o escultor e o resultado é a incrível complexidade de nossos dedos das mãos e dos pés.”
Como você pode ver no vídeo abaixo, os pesquisadores mapearam padrões de expressão genética para ver como essas instruções genéticas moldaram a formação dos dígitos.
Desde o início nebuloso, a expressão de IRX1 (representado em aqua no vídeo abaixo), um gene crítico para a formação de dígitos, e SOX9 (representado em magenta no vídeo), um gene essencial para o desenvolvimento do esqueleto, se sobrepõem em cinco comprimentos distintos dentro do membro em desenvolvimento.
Por volta das 7 semanas de desenvolvimento, as instruções programadas de morte celular são ativadas nas células indiferenciadas reunidas entre esses comprimentos (associadas à expressão de MSX1, representada em amarelo no vídeo), e dedos das mãos e dos pés bem definidos são revelados.
Como um bloco de mármore sendo esculpido em uma obra-prima pela expressão desses genes, nossos dedos das mãos e dos pés são esculpidos da ponta à base à medida que células desnecessárias recuam.
Pequenas irregularidades neste processo podem levar a deformidades nos membros, com as quais 1 em cada 500 pessoas nascem – tornando-as algumas das síndromes mais frequentemente relatadas no nascimento.
Os pesquisadores também mapearam a expressão de genes ligados à doenças congênitas, como dedos curtos (braquidactilia) ou dedos palmados (sindactilia), para ter uma noção melhor de onde o desenvolvimento dos membros sai do curso.
“Pela primeira vez, conseguimos capturar o notável processo de desenvolvimento dos membros até à resolução unicelular no espaço e no tempo”, diz Sarah Teichmann, autora sênior e bióloga computacional do Instituto Wellcome Sanger.
Ela diz que a criação de atlas unicelulares está “aprofundando nossa compreensão de como se formam estruturas anatomicamente complexas, ajudando-nos a descobrir os processos genéticos e celulares por trás do desenvolvimento humano saudável, com muitas implicações para a pesquisa e a saúde”.
É importante ressaltar que os pesquisadores também mostraram que a formação de membros em humanos e camundongos segue trajetórias semelhantes, com algumas diferenças nos genes ativados e nos tipos de células.
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
