Como nossos órgãos sabem quando parar de crescer?

Eles têm basicamente os mesmos órgãos, só que de tamanhos muito diferentes. [Imagem: Lukas Rüber/Shamila Chaudhary]

Quando parar de crescer

O menor peixe que se conhece no mundo, o Paedocypris, mede apenas 7 milímetros. Isso não é nada comparado aos 9 metros do tubarão-baleia.

Mas os peixes pequenos compartilham muitos dos mesmos genes e a mesma anatomia que o tubarão-baleia, com a diferença de que suas barbatanas, guelras, estômago e coração são milhares de vezes menores!

Vem então a pergunta natural: Como os órgãos e tecidos desse peixe minúsculo param de crescer muito rapidamente, ao contrário dos de seu primo gigantesco?

Uma equipe multidisciplinar, liderada por cientistas da Universidade de Genebra (Suíça) e do Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complexos (Alemanha), conseguiu pela primeira vez formular uma resposta plausível a essa questão fundamental estudando não tanto a biologia, mas principalmente a física e a matemática.

Morfógenos

As células de um tecido em desenvolvimento proliferam e se organizam sob a ação de moléculas sinalizadoras, os morfógenos, ou morfogênios. Mas como eles sabem que tamanho é apropriado para o organismo vivo ao qual pertencem?

Os pesquisadores resolveram esse mistério seguindo um morfógeno específico nas células de tecidos de diferentes tamanhos na mosca da fruta Drosophila.

Na Drosophila, o morfogênio decapentaplégico (DPP), uma molécula necessária para a formação dos quinze apêndices (asas, antenas, mandíbulas etc.) se difunde a partir de uma fonte localizada dentro do tecido em desenvolvimento, e então forma gradientes de concentração decrescentes (ou variações graduais) à medida que se afasta da fonte.

Esses gradientes de concentração de DPP se estendem por uma área maior ou menor, dependendo do tamanho do tecido em desenvolvimento. Assim, quanto menor for um tecido, menor será a propagação do gradiente DPP de sua fonte de difusão. Por outro lado, quanto maior for o tecido, maior será a propagação do gradiente de morfogênio DPP.

Já foi um progresso, mas permanecia a questão de como esse gradiente de concentração se dimensiona para o tamanho crescente do futuro tecido ou órgão?

Matemática da difusão e dos gradientes

Usando manipulação genética, os cientistas conseguiram coletar todos esses dados sobre DPP em células pertencentes a tecidos de tamanhos diferentes, em moscas normais e em moscas mutantes, que não desenvolviam os tecidos e órgãos nos tamanhos adequados.

Eles precisaram de um bocado de equações matemáticas para tratar as variações nos dados, mas finalmente descobriram que diferentes etapas de transporte definem a extensão do gradiente. Assim, em um pequeno tecido, a molécula DPP é principalmente espalhada por difusão entre as células. Sua concentração, portanto, cai muito rapidamente em torno de sua fonte por causa da degradação, produzindo um gradiente estreito. Por outro lado, em tecidos maiores, as moléculas DPP que entram nas células também são altamente recicladas, tornando possível estender o gradiente por uma área maior.

"Finalmente fomos capazes de propor uma teoria unificada e imparcial do transporte de morfogênios, indo até as principais equações do sistema e desvendando o mecanismo de escalonamento!" comemorou a pesquisadora Maria Romanova.

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