O Papel do BMP e Chordin no Desenvolvimento Animal

Proteína Morfogenética Óssea (BMP) é uma molécula de Sinalização chave que tem um papel importante na formação da estrutura corporal de vários animais. Foi estudada em muitas espécies, mostrando que mecanismos parecidos estão envolvidos na formação de eixos corporais tanto em artrópodes (como insetos) quanto em vertebrados (como peixes e mamíferos). Isso sugere uma origem evolutiva comum para esses padrões em um grupo conhecido como Bilateria, que inclui artrópodes e vertebrados.

Curiosamente, BMP também pode ter um papel parecido em algumas formas de vida mais antigas, como o cnidário Nematostella vectensis, que é uma espécie de anêmona do mar. Isso indica que a formação de padrões corporais dependentes de BMP pode ter existido antes da separação entre cnidários e bilaterianos. No entanto, também é possível que as funções de BMP tenham evoluído separadamente nesses grupos.

#Como o BMP Funciona

BMPS são proteínas que sinalizam outras células quando estão presentes. Elas costumam agir formando pares, conhecidos como heterodímeros. Quando os BMPs se ligam aos seus receptores na superfície das células, eles iniciam uma série de eventos que levam a mudanças na expressão gênica dentro da célula. Esse processo envolve uma molécula chamada SMAD1/5, que é ativada e se move para o núcleo da célula para influenciar a expressão de genes de desenvolvimento importantes.

O funcionamento da sinalização de BMP é regulado de forma precisa por vários fatores, tanto dentro (intracelular) quanto fora (extracelular) das células. Um regulador extracelular bem conhecido é o Chordin, que pode bloquear a sinalização de BMP ao se ligar às moléculas de BMP. Curiosamente, o Chordin também mostrou aumentar a sinalização de BMP em certos contextos, indicando que seu papel pode ser complexo.

#Interação Entre BMP e Chordin

Chordin se liga aos ligantes de BMP e impede que eles ativem seus receptores, assim inibindo a sinalização de BMP. No entanto, o Chordin também pode promover a atividade de BMP a longas distâncias em certos organismos, sugerindo que seu papel não é completamente simples. A distribuição de Chordin e ligantes de BMP em diferentes grupos de animais indica sua importância no desenvolvimento inicial dos animais e na formação do plano corporal.

Para explorar mais como BMPs e Chordin atuam dentro da Nematostella, os pesquisadores se concentraram em entender seus mecanismos fora do grupo Bilateria.

#Caminho de Sinalização do BMP

Quando os dímeros de BMP se conectam ao seu complexo receptor, um processo chamado fosforilação ocorre, ativando SMAD1/5. Esse SMAD ativado então interage com outra proteína, SMAD4, e juntos eles entram no núcleo da célula para regular a expressão gênica. O Chordin desempenha um papel ao se ligar aos BMPs e impedir que eles ativem seus receptores.

Além disso, certas enzimas podem cleavar o Chordin, liberando BMPs para interagirem com seus receptores, o que é crucial para onde e como os sinais são ativados durante o desenvolvimento.

#Atividade de BMP na Nematostella

Nos estágios iniciais de desenvolvimento, a sinalização de BMP se torna detectável na Nematostella, mostrando um padrão onde a sinalização é forte de um lado do embrião e mais fraca do lado oposto. Esse gradiente de atividade de BMP é essencial para estabelecer o eixo secundário do corpo. Quando os pesquisadores manipularam os níveis de Chordin na Nematostella, descobriram que o Chordin era necessário para a sinalização de BMP ocorrer, o que se alinha ao seu papel como um potenciador de sinalização nesse organismo.

#Descoberta da Distribuição de BMP

Os pesquisadores descobriram que os BMPs, quando produzidos, são frequentemente encontrados na superfície das células do embrião. Isso sugere que os BMPs são secretados em direção a um lado das células, em vez de se difundir por todo o tecido. Surpreendentemente, os BMPs parecem permanecer presos às superfícies celulares em vez de serem encontrados livremente no fluido ao redor.

Por meio de vários experimentos, os cientistas aprenderam que, embora os ligantes de BMP sejam liberados, eles tendem a se agrupar na superfície celular, sugerindo um mecanismo que mantém os BMPs próximos de onde são necessários para influenciar células adjacentes.

#Papel do Chordin na Estabilidade do BMP

Existem teorias que propõem que o Chordin poderia melhorar a estabilidade do BMP ou aumentar sua mobilidade. Para testar isso, os pesquisadores bloquearam a produção de proteínas e mediram quanto tempo os BMPs ativos permaneceram no ambiente. Os resultados indicaram que, na presença de Chordin, os BMPs pareciam se degradar mais rápido, sugerindo que o Chordin não estabiliza significativamente os BMPs.

#Mobilidade e Função do Chordin

O Chordin precisa ser móvel para ajudar na sinalização de BMP a longas distâncias. Os pesquisadores realizaram experiências para ver como fontes localizadas de Chordin afetaram a sinalização de BMP em Embriões com níveis reduzidos de Chordin. Quando injetaram mRNA para Chordin normal, a sinalização de BMP foi observada ocorrendo longe da fonte de Chordin. No entanto, quando injetaram uma versão do Chordin que estava presa à membrana celular, a sinalização de BMP ocorreu apenas perto da fonte.

Essas descobertas apoiam a ideia de que, para a sinalização de BMP acontecer efetivamente a distância, o Chordin precisa ter a capacidade de se mover pelo tecido.

#Experimentos Acelerados sobre BMP e Chordin

Nos seus experimentos, os pesquisadores também descobriram que, embora os BMPs fossem reduzidos em certas condições, injetar fontes locais de qualquer tipo de Chordin poderia restaurar a sinalização em vários graus. Em embriões com produção de BMP inibida, distribuir Chordin permitiu que a sinalização de BMP fosse ativada mesmo quando os ligantes responsáveis estavam reduzidos.

Isso sugere que o Chordin não só impacta a sinalização de BMP diretamente, mas também influencia como diferentes ligantes de BMP interagem e trabalham juntos.

#Implicações para o Desenvolvimento do Plano Corporal

As descobertas mostram que o Chordin ajuda a facilitar a sinalização de BMP necessária para estabelecer o eixo corporal na Nematostella. A forma intrincada como BMPs e Chordin interagem pode dar insights sobre a evolução precoce dos animais e como esses mecanismos podem ter estado presentes em espécies ancestrais.

#Perspectiva Evolutiva

A pesquisa levanta questões interessantes sobre a história evolutiva da formação de padrões corporais. Dado os mecanismos semelhantes na Nematostella e nos bilaterianos, é possível que o último ancestral comum desses grupos tivesse as ferramentas básicas necessárias para a quebra de simetria e formação do eixo corporal. Embora não possamos afirmar definitivamente que o ancestral era simétrico bilateralmente, há uma boa chance de que ele tivesse a capacidade para tal formação de padrões.

#Transporte de BMP: Um Mecanismo Antigo

Em resumo, os mecanismos de formação de padrões dependentes de BMP, embora variados entre diferentes espécies, exibem sistemas regulatórios semelhantes. A chave para esses sistemas é a expressão equilibrada de diferentes proteínas BMP ao longo dos eixos corporais. A pesquisa sobre Nematostella serve como um modelo valioso para entender a linha do tempo evolutiva e a complexidade desses caminhos de sinalização.

#Notas Finais

As interações entre BMPs e Chordin são fundamentais para moldar não só os planos corporais de organismos individuais, mas também a evolução de tais mecanismos através de diferentes linhagens. Estudando organismos como Nematostella, os cientistas podem obter insights sobre os processos fundamentais do desenvolvimento e as características compartilhadas na história evolutiva dos animais.

Com a pesquisa contínua, será empolgante ver como nossa compreensão desses processos continua a evoluir e revelar mais sobre as complexidades da vida na Terra.