Embriogénese em 4D: um atlas do desenvolvimento para genes e células
A nova tecnologia de imagiologia ultrapassa as limitações da 2D e capta simultaneamente a atividade genética de 500 genes em tecidos inteiros
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Como é que um pequeno aglomerado de células se transforma num embrião com cabeça, tronco e cauda? E como é que milhares de genes coordenam este desenvolvimento? Um novo método de imagem permite visualizar a atividade de milhares de genes em simultâneo ao longo de todo o embrião do peixe-zebra. Utilizando esta tecnologia, uma equipa de investigação da Universidade de Basileia criou um atlas de todos os genes e células envolvidos na transformação de um conjunto de células num embrião.
A interação entre genes e células durante o desenvolvimento de um ovo fertilizado num embrião é altamente complexa. Os métodos anteriores capturavam a atividade dos genes apenas em fatias 2D, impossibilitando a visualização de todo o embrião e oferecendo detalhes espaciais limitados, faltando frequentemente padrões subcelulares.
O novo método permite agora à equipa de investigação do Professor Alex Schier, do Biozentrum da Universidade de Basileia, visualizar as actividades de milhares de genes em todo o embrião e relacioná-las com a maturação e o movimento das células. O resultado é um atlas abrangente do desenvolvimento inicial, juntamente com novos conhecimentos sobre a forma como os genes e as células moldam o embrião em crescimento. O estudo foi publicado na revista Science.
Um atlas 4D para genes e células
"Uma questão central tem sido: Como é que milhares de genes trabalham em conjunto num embrião e como é que a sua atividade está ligada ao movimento das células?" diz o primeiro autor, Dr. Yinan Wan. Para responder a esta questão, a equipa desenvolveu uma nova tecnologia de imagem denominada weMERFISH. Esta tecnologia permite a medição direta da atividade de cerca de 500 genes em tecidos inteiros com resolução subcelular.
A partir destas medições, os investigadores criaram um atlas do desenvolvimento embrionário inicial. "Combinando dados anteriores de uma única célula com as nossas medições da atividade dos genes, conseguimos calcular padrões espaciais de milhares de genes e a atividade de cerca de 300 000 potenciais regiões reguladoras", afirma Wan. Os dados são de acesso livre através da plataforma web MERFISHEYES. "O atlas pretende ser um recurso para biólogos do desenvolvimento de todo o mundo".
Quando o tempo se torna visível no espaço
As imagens não fornecem apenas instantâneos estáticos, mas permitem tirar conclusões sobre processos espaciais e temporais. Por exemplo, durante a formação da cauda, os investigadores observaram que as células ao longo do eixo do corpo estão dispostas numa sequência de fases de desenvolvimento: na ponta da cauda encontram-se células estaminais imaturas, enquanto mais à frente se encontram células cada vez mais maduras, como as células musculares. "De certa forma, podemos ver o tempo no espaço", explica Wan.
"Foi também surpreendente que as alterações na atividade dos genes se alinhassem com a forma como as células se movem no embrião, ligando a dinâmica da expressão dos genes aos movimentos morfogenéticos."
Fronteiras nítidas sem seleção de células
Com a ajuda do atlas, os investigadores conseguiram também clarificar a forma como se formam fronteiras nítidas entre diferentes tecidos, por exemplo, entre o tecido muscular e o tecido da coluna vertebral. Descobriram uma zona de células em que a atividade de muitos genes muda drasticamente e difere de um lado para o outro.
Uma comparação das fases iniciais e posteriores mostrou que estes genes estão inicialmente activos em ambos os lados, mas mais tarde apenas num deles. E quase não há células que atravessem esta fronteira. "Estas fronteiras não surgem porque as células se misturam e depois se separam, mas sobretudo porque as células alteram o seu programa genético", afirma Alex Schier.
Base para estudos futuros
Com o weMERFISH, o atlas MERFISHEYES e a integração de imagens em direto, os investigadores têm agora uma nova ferramenta à sua disposição. Esta permite a análise conjunta da atividade dos genes, da regulação dos genes e do movimento das células em todo o embrião.
No futuro, a equipa de Schier planeia investigar outras fases de desenvolvimento para completar o quadro do desenvolvimento inicial dos vertebrados. "A longo prazo, queremos compreender que combinações de atividade genética e comportamento celular são necessárias para formar um órgão ou tecido específico", diz Schier. "Um dia, talvez descubramos quantas formas existem para construir um coração ou uma medula espinal."
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Yinan Wan, Jakob El Kholtei, Ignatius Jenie, Mariona Colomer-Rosell, Jialin Liu, Qinghua Zhang, Joaquin Navajas Acedo, Lucia Y. Du, Mireia Codina-Tobias, Mengfan Wang, Wei Zheng, Edward Lin, Tzy-Harn Chuang, Oded Mayseless, Ahilya Sawh, Susan E. Mango, Guoqiang Yu, Bogdan Bintu, Alexander F. Schier; "Whole-embryo spatial transcriptomics at subcellular resolution from gastrulation to organogenesis"; Science, Volume 391
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