Os livros didáticos dirão que nas células em divisão, a produção de novos picos de DNA durante a fase S, enquanto a produção de outras macromoléculas, como proteínas, lipídios e polissacarídeos, continua mais ou menos no mesmo nível. Os biólogos moleculares da Universidade de Groningen, liderados pelo professor Matthias Heinemann, descobriram agora que isso não é verdade: a síntese de proteínas mostra dois picos e a síntese de lipídios atinge um pico. Essas mudanças poderiam explicar as oscilações metabólicas que levam à divisão celular, que o grupo descobriu anteriormente. Seus novos resultados foram publicados em Metabolismo da Natureza em 27 de fevereiro.
Toda célula eucariótica em divisão passa pelo ciclo celular: de uma fase de crescimento (G1) para uma fase com síntese de novo DNA (S), uma fase de gap (G2) e, finalmente, uma fase com divisão celular por mitose (M). Textos acadêmicos sobre divisão celular dirão que, além da síntese de DNA, todas as outras moléculas da célula, como proteínas, lipídios e polissacarídeos, são produzidas em uma taxa mais ou menos constante em todas as fases do ciclo celular.
Medições dinâmicas
Sete anos atrás, Matthias Heinemann e seu grupo descreveram oscilações no metabolismo celular, que pareciam orquestrar o processo de divisão celular eucariótica. Sua equipe agora estudou o metabolismo com mais detalhes e mediu a taxa na qual proteínas, lipídios e polissacarídeos são produzidos durante o ciclo celular. E descobriram que os livros didáticos estão errados.
“Usamos medições microscópicas dinâmicas em células individuais para mostrar como a produção de diferentes macromoléculas atinge o pico em momentos diferentes”, explica Heinemann. A taxa básica de síntese proteica atingiu o pico durante a fase G1, diminuiu na fase S e atingiu o pico novamente na segunda metade do ciclo celular. “Também descobrimos que a síntese de lipídios e polissacarídeos, os blocos de construção da parede celular, atinge o pico apenas uma vez: também na segunda metade.”
Blocos de construção
Para determinar a taxa de síntese de proteínas, os cientistas usaram um método estabelecido de monitoramento de proteínas fluorescentes. Eles também criaram um segundo método mais sofisticado, através do qual puderam validar que a produção de proteínas parecia seguir o padrão de duas ondas. “Tivemos que desenvolver este segundo método porque nossos resultados iam contra o que nós e todos sabíamos sobre o metabolismo do ciclo celular”, diz Vakil Takhaveev, o primeiro autor do artigo. “Neste novo método, investigamos a sensibilidade de uma célula a um inibidor da biossíntese de proteínas em cada momento do ciclo celular. Descobriu-se que essa sensibilidade tem picos em diferentes fases do ciclo celular.
Em seus Metabolismo da Natureza No artigo, Heinemann e sua equipe mostram que os diferentes blocos de construção das células não são produzidos ao mesmo tempo. Além disso, os pesquisadores mostraram que todo o metabolismo central precisa mudar para satisfazer essa produção temporariamente segregada de blocos de construção. Por exemplo, eles descobriram que a taxa de consumo de glicose, excreção de etanol e respiração são atribuídas a fases específicas do ciclo celular.
Curiosamente, essas novas medições concordam com suas descobertas anteriores, explica Heinemann: ‘A célula deve ativar diferentes vias biossintéticas para produzir aminoácidos ou lipídios. Isso produz mudanças nos fluxos de metabólitos e explica por que encontramos anteriormente oscilações metabólicas durante a divisão celular.’ No entanto, isso deixa a questão de como exatamente isso acontece e por quê. ‘No momento, podemos apenas especular’, diz Heinemann. ‘Um aspecto é que, se uma célula simplesmente cresce, todos os blocos de construção são necessários ao mesmo tempo. Mas durante a divisão, a situação é mais complexa. Pode ser que a seqüência de produção ajude a célula na divisão.’
Câncer e envelhecimento
A pressão osmótica pode ser a chave para isso. ‘Pense em encher um balão. A princípio, você precisa de uma pressão muito alta, mas quando ela começa a se expandir, uma pressão mais baixa é suficiente. Talvez a célula primeiro produza muitas proteínas para aumentar a pressão osmótica dentro da célula, o que poderia ajudar na divisão da célula filha’, diz Heinemann. ‘Mais uma vez, isso é apenas especulação, mas sinto que há uma razão biofísica por trás dos padrões que observamos.’
Ele seguirá essas ideias e buscará os mecanismos reguladores responsáveis pelas diferentes fases da síntese dos blocos de construção celulares. ‘Ainda não sabemos como isso funciona, mas seria extremamente interessante descobrir e ver como esses sistemas regulatórios podem ser perturbados.’ As descobertas atuais e o trabalho futuro são necessários para a compreensão fundamental da fisiologia celular e, eventualmente, nos ajudarão a combater o câncer e o envelhecimento.