Novas tecnologias permitem assistir à ‘dança das células’

Algumas células se enterram em ossos velhos para que novos ossos possam ser depositados sobre elas. As extremidades de novas veias sangüíneas serpenteiam para frente, arrastando as células de trás junto. Glóbulos brancos correm ao longo de lóbulos hesitantes atrás de bactérias antes que estas nos deixem doentes.

O fato de que as células podem se mover não é novidade. Porém, a maneira como elas se movem está apenas agora começando a ser compreendida. Em meados dos anos 1600, Antonie van Leeuwenhoek construiu um dos primeiros microscópios e observou organismos unicelulares que faziam o que ele chamou de movimentos "agradáveis e ágeis". Mas ele não tinha idéia do que estava acontecendo dentro dessas células, e três séculos mais tarde, os cientistas continuavam confusos.

Thomas Pollard, bioquímico de Yale, começou a estudar as células rastejantes nos anos 1960, quando, segundo ele, "não se sabia absolutamente nada". Hoje Pollard e seus colegas identificaram muitas das proteínas chaves que funcionam juntas para permitir que as células naveguem por nossos corpos. Cientistas podem até mesmo ver algumas dessas proteínas trabalhando em células vivas e medir sua força.

"Meu sonho foi sempre o de ser um pequeno gremlin, para entrar na célula e assistir a tudo", disse Pollard. "Isso é quase como ser um pequeno gremlin. Partimos de uma caixa preta para a química e a física."

Uma das principais razões desses avanços é a tecnologia que os cientistas agora podem usar para observar as células em movimento. Quando embriologistas começaram a estudar pela primeira vez o desenvolvimento de embriões, por exemplo, eles eram capazes apenas de observar diferentes estágios sob o microscópio.

Hoje, eles produzem vídeos de alta resolução dos embriões e monitoram o movimento de milhares de células – vídeos que subvertem algumas idéias tradicionais.

"Existe muito mais migração do que pensávamos", disse Scott Fraser, diretor do Instituto de Imagens Biológicas da Caltech.

Para assegurar as migrações que formam um organismo a partir de um embrião, as células precisam saber para onde ir. Um embrião está inundado de sinais que podem guiá-las. Diferentes tipos de células respondem a diferentes sinais. As células que originam a pele, as paredes de veias sangüíneas e outros revestimentos do corpo – células epiteliais – são atraídas por uma proteína de sinalização chamada fator de crescimento epidérmico. Lançada pelos glóbulos brancos no embrião, essa proteína atrai as células que rastejam em direção à sua fonte.

Elas acabam parando de viajar com o tempo e formam órgãos. Porém, décadas mais tarde, elas ainda podem ser acordadas para se mover novamente.

Enquanto os glóbulos brancos vagueiam pela pele, eles podem encontrar um corte. Eles reagem lançando o fator de crescimento epidérmico, reunindo células epiteliais para ajudar a cicatrizar a ferida. "Eles são como guardas de trânsito", disse John Condeelis, biólogo da Faculdade de Medicina Albert Einstein.

Quando uma célula começa a se mover, ela precisa reorganizar seu interior. A parte interna de uma célula não é um simples saco de geléia; ela é enrijecida por moléculas parecidas com arames. No centro da célula, se localiza um grupo de tubos chamados microtúbulos. Ao redor da célula, existem finos filamentos feitos de uma molécula chamada actina.

No final dos anos 1990, Clare Waterman, bióloga celular, e seus colegas desenvolveram uma maneira de capturar esse esqueleto em movimento. Eles colocaram moléculas de actina brilhantes em uma célula, que às vezes as adicionava aos seus filamentos. "É como se você fosse um pedreiro e 99% de seus tijolos fossem cinzas e 1% vermelho," disse Waterman, que agora trabalha no Instituto Nacional do Coração, Pulmão e Sangue dos Institutos Nacionais de Saúde.

Waterman e seus colegas da Universidade da Carolina do Norte tiraram então fotos das células a cada poucos segundos para monitorar as moléculas brilhantes. Eles descobriram que os filamentos estão em fluxo constante, mesmo quando a célula não está se movendo.

Uma célula imóvel acrescenta centenas de novas moléculas de actina por segundo à extremidade exterior de cada filamento. Ao mesmo tempo, proteínas de contração chamadas miosinas puxam o filamento de actina na outra extremidade, com as proteínas cortando as moléculas de actina. Todas essas reações fazem com que as moléculas de actina em um filamento se movam para a extremidade externa da célula, como se estivessem em uma esteira de ginástica.

Uma célula precisa usar muita energia para construir e destruir os filamentos. Mas essa atividade na esteira é valiosa porque permite que uma célula responda rapidamente a sinais ao se colocar em movimento. "É como um carro", disse Waterman. "Quando você está no sinal vermelho, você mantém o motor ligado."

Para rastejar, uma célula começa a construir a extremidade dianteira dos filamentos mais rápido do que corta a extremidade traseira. Outras proteínas ajudam os filamentos de actina a se reunirem em uma rede ramificada. A superfície da célula se projeta na forma de um lóbulo. À medida que o lóbulo se projeta a partir das células, ele se agarra à superfície com pinças moleculares. As pinças se juntam aos filamentos de actina em crescimento e arrastam a célula para frente.

Para entender melhor o processo, cientistas de Yale inventaram uma nova técnica. "Basicamente fazemos um cabo de guerra", disse o físico Eric Dufresne. Dufresne e seus colegas implantaram contas na extremidade de um neurônio. A célula liga as contas aos filamentos e as contas se movem ao longo das esteiras de actina.

Dufresne e seus colegas então apontam laseres para as contas e usam a energia das contas para capturá-las. Quando as células puxam as contas, os laseres as puxam de volta. O puxão dos laseres permite que os cientistas mensurem as forças geradas por muitos filamentos de uma só vez.

Os cientistas descobriram que uma célula puxa cada conta por cerca de dez segundos antes de soltá-la. Alguns minutos depois, ela tenta puxá-la novamente. Dufresne suspeita que as células estejam continuamente testando seu ambiente atrás de bons lugares para ancorarem. Enquanto um lóbulo avançando arrasta a célula para frente, os mesmos sinais desencadeiam mudanças drásticas no resto da célula. "É como apertar um tubo de pasta de dente – tudo é empurrado para frente", disse Alan Hall, presidente do programa de biologia celular do Centro de Câncer Memorial Sloan-Kettering em Nova York.

A sincronia dessas mudanças é cuidadosamente coreografada, como Waterman e seus colegas demonstram em um artigo a ser publicado no periódico Molecular Biology of the Cell. Eles descobriram que as células da pele chamadas queratinocitas respondem de diversas maneiras ao fator de crescimento epidérmico. Isso faz com que as queratinocitas empurrem o lóbulo e com que as pinças do lóbulo ganhem mais força.

Ao mesmo tempo, a pulsação do fator de crescimento também inicia reações químicas que afrouxam algumas pinças após cerca de dez minutos. Esse é o tempo que leva para que as queratinocitas em movimento lento rolem sobre as pinças. Essa coreografia intricada é essencial para nosso bem-estar. Células imunológicas precisam perseguir elementos patogênicos, por exemplo. Para formar o cérebro, os neurônios brotam em ramificações de milhões de quilômetros, e novos neurônios brotam sempre que aprendemos novas coisas.

Mas existem ocasiões em que as células se movem quando não deveriam. A metástase de um câncer ocorre quando algumas células saem de um tumor e migram para outras partes do corpo.

Para entender como as células cancerígenas se movem, Condeelis e seus colegas desenvolveram um microscópio através do qual eles podem observar tumores em camundongos vivos. Os camundongos podem ser geneticamente modificados para que as células cancerígenas brilhem, permitindo que Condeelis e seus colegas assistam às células saindo de seus tumores.

Em estudos de tumores da glândula mamária, Condeelis e seus colegas descobriram que células de câncer em metástase são guiadas pela conhecida proteína de sinalização, o fator de crescimento epidérmico, ou FCE, produzido por células imunológicas em veias sangüíneas vizinhas.

Condeelis tirou proveito dessa descoberta para construir uma armadilha para as células cancerígenas. Ele revestiu um tubo plástico com FCE e o inseriu em uma glândula mamária de camundongo. As células cancerígenas em movimento foram atraídas pelo tubo como abelhas ao mel, e Condeelis e seus colegas removeram o tubo com as células cancerígenas móveis dentro dele. Eles puderam então identificar os genes que se tornaram ativos quando as células cancerígenas começaram a se movimentar. Os cientistas não encontraram nada peculiar nas células. Elas estavam usando os mesmos genes para se movimentar que as células epiteliais usam em um embrião.

Esses resultados e outros levaram Condeelis a uma surpreendente hipótese sobre a metástase do câncer de mama. "As células cancerígenas pensam que estão criando outro seio", ele disse.

Condeelis afirma que o peculiar ambiente dentro de um tumor engana algumas células, fazendo-as acreditar que estão dentro de um embrião. As células lançam sinais que atraem glóbulos brancos, e estes, por sua vez, lançam o fator de crescimento que faz com que as células comecem a se mover.

Mas os sinais que funcionam em um embrião fazem com que as células cancerígenas se extraviem em um seio adulto e elas acabam parando nas veias sangüíneas, onde são carregadas para outras partes do corpo.

Cientistas descobriram que podem tratar algumas doenças ao interferir na capacidade de locomoção das células que não deveriam se mover. Uma doença ocular chamada degeneração macular faz com que as veias sangüíneas se espalhem demais pela retina. Remédios para bloquear os sinais que desencadeiam o movimento das células nas veias sangüíneas estão agora disponíveis.

Enquanto os cientistas ponderam sobre o funcionamento interno das células em movimento, eles procuram por outras maneiras de combater doenças. "A maior delas é a terapia contra o câncer", disse Waterman.

É fácil imaginar um tratamento de câncer que imobilize as células cancerígenas em seu trajeto, mas muitos especialistas dizem que será desafiador se concentrar nelas sem interferir no movimento das demais células normais. E sem as células capazes de se mover, não podemos sobreviver.

"Estamos lidando com algo fundamental e universal", disse Pollard.

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