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Museu Nacional
Universidade de São Paulo
 

Biologia Molecular

A organização multicelular

As esponjas são descendentes diretos de organismos que inventaram uma estratégia de organização multicelular há mais de 1 bilhão de anos atrás. Atualmente discute-se a maneira pela qual as células de esponja especializam-se, comunicam-se e organizam-se multicelularmente. A informação codificada por alguns genes de esponja propiciam a organização multicelular destes organismos. Muitos destes genes possuem grande semelhança estrutural e funcional com os genes correspondentes de outros animais, diferindo dos de plantas e fungos. A comunicação é fundamental para que o comportamento de cada célula seja integrado num contexto multicelular. Esta comunicação entre as células envolvem hormônios secretados, adesão à componentes da matriz extracelular e adesão à outras células. Tão especificamente quanto chave e fechadura, os hormônios secretados por uma determinada célula ligam-se a receptores protéicos embebidos na membrana da célula alvo. Os receptores para insulina e TGFb (Robitzki et al, 1999; Suga et al, 1999) são exemplos típicos de componentes celulares envolvidos com a comunicação celular de animais, agora incluindo esponjas. Estes receptores para hormônios são proteínas transmembranares que encontram-se embebidos na membrana celular. A parte do receptor que se encontra voltada para o exterior tem a função de ligar-se com o hormônio e a sua parte voltada para o interior da célula liga-se à outras proteínas do citoplasma. Toda vez que o hormônio se liga ao seu receptor, inicia-se um efeito cascata no interior da célula, inicialmente modificando as proteínas associadas à parte citoplasmática do receptor e finalmente terminando no núcleo da célula, com a modificação no padrão de escolha dos genes que servirão de molde para a síntese de novas proteínas celulares. As esponjas possuem as principais vias de transdução de sinais para o núcleo, incluindo tanto as tipicamente encontradas em eucariotos quanto as de animais, que envolvem receptores hormonais com atividade tirosina quinásica (Müller et al, 1999; Ono et al, 1999; Seack et al, 1999). A agregação das células de esponja depende da secreção de um fator de agregação, um proteoglicano ou peptídeo, que aglutina especificamente as células que contenham receptores próprios para um determinado fator de agregação. Esta adesão específica ao fator de agregação gera o reconhecimento entre as células de um mesmo organismo, permitindo distinguir o que é próprio dele mesmo do que é estranho. Atualmente diversos grupos de pesquisa procuram abordar aspectos moleculares da agregação específica entre as células de esponja (Robitzki et al, 1990; Fernandez-Busquets et al, 1996; Fernandez-Busquets et al, 1999).

Matriz extracelular: Colágeno

Os colêncitos são células especializadas da esponja, com morfologia e função semelhante aos fibroblastos de mamíferos. Ambas secretam o colágeno, uma proteína fibrilar da matriz extracelular, importante para a sustentação do corpo multicelular animal; e somente de animais. Diferentes tipos de genes de esponjas que codificam colágeno e receptores para componentes da matriz extracelular já fora analisados (Aho et al, 1993; Exposito et al, 1993; Boute et al, 1996; Wimmer et al, 1999). Do ponto de vista evolutivo, foi significativa a identificação do gene do colágeno de tipo IV em esponjas. Pouco se sabe sobre a função desta proteína na organização multicelular de esponjas, mas nos outros grupos de animais o colágeno do tipo IV compõe a membrana basal, uma barreira física que impede as células da epiderme de se misturarem com as mesenquimais, confere uma forma cúbica e polarizada nas células da epiderme e dispara uma via de transdução de sinais no interior da célula, quando ligado ao seu receptor.

Reguladores de transcrição

Reguladores de transcrição são proteínas com afinidade à regiões específicas do DNA. Desta maneira a célula controla qual segmento do DNA servirá de molde para a síntese de proteínas. Sinais vindos a partir de receptores membranares disparam uma cascata de eventos no citoplasma e finalmente ativam os reguladores de transcrição no núcleo. Estes reguladores estão envolvidos com a integração multicelular, pois determinam a execução de um programa genético específico para cada célula. Programa genético poderia ser definido como o uso seqüencial e programado de grupos de genes ao longo de um determinado período. A execução de um programa genético influenciará o comportamento da célula que poderá migrar ou aderir, proliferar ou morrer e especializar-se ou não se diferenciar das demais. Estes programas genéticos são iniciados obedecendo um contexto multicelular pois cada tipo celular desempenha uma função específica no organismo. Esponjas possuem reguladores de transcrição só encontrados em células animais, sugerindo um mecanismo homólogo de controle de programas genéticos (Biesalski et al, 1992; Seimiya et al, 1997; Coutinho et al, 1998; Richelle-Maurer et al, 1999).

Filogenia usando dados moleculares

Comparando os genes de várias espécies é possível avaliar o grau de diferença entre eles. Quanto mais aparentada forem duas espécies, mais semelhante serão seus genes. O gene escolhido para suporte das análises filogenéticas deve estar desempenhando a mesma função nos diferentes organismos avaliados. Genes que adquirem novas funções em uma determinada espécie estão sujeitos a novas pressões evolutivas e por isto acumulam diferenças numa velocidade diferente. Desta maneira é possível construir a história evolutiva dos genes cuja função foi conservada e em seguida correlacionar estes resultados com a história evolutiva das espécies. Os resultados envolvendo a comparação da seqüência de nucleotídeos de genes de esponja com a de outros organismos vem suportando a hipótese de que esponjas são mais aparentadas com os animais do que com outros organismos (West et al, 1993; Borchiellini et al, 1998; Watkins et al, 1999). Assim sendo, muito provavelmente o descendente em comum entre esponjas e outros animais já era multicelular. Existiria então uma origem monofilética da multicelularidade animal.

O interesse mais aplicado da discussão em torno do controle molecular da organização multicelular é mostrar que esponjas são animais que se organizam por meio de uma estratégia semelhante à nossa. No entanto, apesar de serem semelhantes, são indiscutivelmente mais simples, envolvendo menor número de tipos celulares, de componentes da matriz extracelular, de moléculas de comunicação, de fatores específicos que controlam a transcrição dos genes, etc. Dessa forma pode ser mais fácil desvendar as teias de interações que controlam a multicelularidade em esponjas do que em outros animais mais complexos. Os dados obtidos podem embasar futuras investigações em sistemas mais complexos. E estes estudos dos controles do comportamento celular contribuem para os avanços na área da engenharia de tecidos para transplantes e podem servir de base para o entendimento de várias doenças que nos afligem.