As células podem usar essa estratégia para limpar os subprodutos tóxicos e dar à sua prole uma ardósia limpa.
Por Instituto de Tecnologia de Massachusetts com informações de Science Daily.
Pesquisadores do MIT descobriram que antes que as células comecem a se dividir, elas fazem uma pequena limpeza, jogando fora moléculas que parecem não precisar mais.
Usando um novo método desenvolvido para medir a massa seca das células, os pesquisadores descobriram que as células perdem cerca de 4% de sua massa à medida que entram na divisão celular. Os pesquisadores acreditam que esse esvaziamento do lixo ajuda as células a dar à sua prole um “novo começo”, sem o lixo acumulado da célula-mãe.
“Nossa hipótese é que as células podem estar jogando fora coisas que estão se acumulando, componentes tóxicos ou apenas coisas que não funcionam adequadamente e que você não quer ter lá. Isso pode permitir que as células recém-nascidas nasçam com conteúdos mais funcionais. “, diz Teemu Miettinen, cientista de pesquisa do MIT e principal autor do novo estudo.
Scott Manalis, David H. Koch Professor de Engenharia nos departamentos de Engenharia Biológica e Engenharia Mecânica, e membro do Koch Institute for Integrative Cancer Research, é o autor sênior do artigo, que aparece na eLife . Os estudantes de engenharia biológica do MIT Kevin Ly e Alice Lam também são autores do artigo.
Medição de massa
Medir a massa seca de uma célula – o peso de seu conteúdo sem incluir a água – é comumente feito usando uma técnica de microscopia chamada microscopia de fase quantitativa. Essa técnica pode medir o crescimento celular, mas não revela informações sobre o conteúdo molecular da massa seca e é difícil de usar com células que crescem em suspensão.
O laboratório de Manalis desenvolveu anteriormente uma técnica para medir a massa flutuante das células, que é sua massa à medida que flutuam em um fluido como a água. Este método mede a massa flutuante através do fluxo de células através de um canal embutido em um cantilever vibrante, o que pode ser feito repetidamente para rastrear mudanças na massa de uma célula específica ao longo de muitas horas ou dias.
Para seu novo estudo, os pesquisadores queriam adaptar a técnica para que pudesse ser usada para calcular a massa seca das células, bem como a densidade da massa seca. Cerca de 10 anos atrás, eles descobriram que poderiam calcular a massa seca de uma célula se primeiro medissem a célula em água normal e depois em água pesada (que contém deutério em vez de hidrogênio comum). Essas duas medições podem ser usadas para calcular a massa seca da célula.
No entanto, a água pesada é tóxica para as células, então eles só conseguiram obter uma única medição por célula. No ano passado, Miettinen começou a ver se poderia projetar um sistema no qual as células pudessem ser medidas repetidamente com exposição mínima à água pesada.
No sistema que ele criou, as células são expostas a água pesada muito brevemente enquanto fluem através de canais microfluídicos. Leva apenas um segundo para uma célula trocar completamente seu conteúdo de água, para que os pesquisadores possam medir a massa da célula quando ela estava cheia de água pesada, compará-la com a massa em água normal e depois calcular a massa seca.
“Nossa ideia era que, se minimizarmos a exposição das células à água pesada, poderíamos projetar o sistema para que pudéssemos repetir essa medição por longos períodos de tempo sem prejudicar a célula”, diz Miettinen. “Isso nos permitiu pela primeira vez rastrear não apenas a massa seca de uma célula, que é o que outros fazem usando métodos microscópicos, mas também a densidade da massa seca, que nos informa sobre a composição biomolecular da célula”.
Os pesquisadores mostraram que suas medições de massa seca concordaram qualitativamente com trabalhos anteriores usando microscopia de fase quantitativa. E, além de fornecer densidade da massa seca, o método da equipe do MIT possibilita maior resolução temporal, o que se mostrou útil para revelar dinâmicas durante a mitose (divisão celular).
Tirando o lixo
Em células em mitose, os pesquisadores usaram sua nova técnica para estudar o que acontece com a massa e composição celular durante esse processo. Em um artigo de 2019, Miettinen e Manalis descobriram que a massa flutuante aumenta ligeiramente à medida que a mitose começa. No entanto, outros estudos que usaram microscopia de fase quantitativa sugeriram que as células podem reter ou perder massa seca no início da divisão celular.
No novo estudo, a equipe do MIT mediu três tipos de células cancerígenas, que são mais fáceis de estudar porque se dividem com mais frequência do que as células saudáveis. Para sua surpresa, os pesquisadores descobriram que a massa seca das células realmente diminui quando elas entram no ciclo de divisão celular. Essa massa é recuperada mais tarde, antes que a divisão esteja completa.
Outros experimentos revelaram que, à medida que as células entram na mitose, elas aumentam a atividade de um processo chamado exocitose lisossomal. Os lisossomos são organelas celulares que quebram ou reciclam os resíduos celulares, e a exocitose é o processo que eles usam para descartar quaisquer moléculas que não sejam mais necessárias.
Os pesquisadores também descobriram que a densidade da massa seca aumenta à medida que as células perdem massa seca, levando-os a acreditar que as células estão perdendo moléculas de baixa densidade, como lipídios ou lipoproteínas. Eles levantam a hipótese de que as células usam esse processo para limpar as moléculas tóxicas antes de se dividirem. “O que estamos vendo é que as células podem estar tentando eliminar componentes danificados antes de se dividirem”, diz Miettinen.
Os pesquisadores especulam que suas descobertas podem ajudar a explicar por que os neurônios, que não se dividem, são mais propensos a acumular proteínas tóxicas, como Tau ou beta-amiloide, que estão ligadas ao desenvolvimento da doença de Alzheimer.
As descobertas também podem ser relevantes para o câncer: as células cancerosas podem expelir alguns medicamentos quimioterápicos usando exocitose, ajudando-as a se tornarem resistentes aos medicamentos. Em teoria, impedir que a exocitose ocorra antes da divisão celular pode ajudar a tornar as células cancerígenas mais suscetíveis a esses medicamentos.
“Existem doenças em que podemos querer regular a exocitose, por exemplo, em doenças neurodegenerativas, mas há doenças como o câncer, onde talvez queiramos diminuir”, diz Miettinen. “No futuro, se pudéssemos entender melhor o mecanismo molecular por trás disso e encontrar uma maneira de ativá-lo fora da mitose ou impedi-lo durante a mitose, poderíamos realmente ter uma nova alternância para usar no tratamento de doenças”.
A pesquisa foi financiada pelo MIT Center for Cancer Precision Medicine, Virginia and DK Ludwig Fund for Cancer Research, Cancer Systems Biology Consortium e Koch Institute Support (core) Grant do National Cancer Institute.
Fonte da história:
Materiais fornecidos pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Original escrito por Anne Trafton.
Referência do jornal :
Teemu P Miettinen, Kevin S Ly, Alice Lam, Scott R Manalis. Single-cell monitoring of dry mass and dry mass density reveals exocytosis of cellular dry contents in mitosis. eLife, 2022; 11 DOI: 10.7554/eLife.76664
