Células comunicam-se usando um código rítmico

Concepção artística de uma célula que expressa o ligante Delta1 (esquerda) e uma célula que expressa o ligante Delta4 (à direita). Embora esses dois ligantes ativem os receptores celulares da mesma maneira, eles fazem isso em diferentes padrões ao longo do tempo. Desta forma, uma célula receptora pode decodificar as instruções.
[Imagem: Caltech]

Comunicação intercelular

A comunicação intercelular parece ter um vocabulário bem mais complexo do que os cientistas calculavam.

Os organismos multicelulares - como nós - dependem de um fluxo constante de informações entre as células, coordenando suas atividades para se proliferar e para se diferenciar nos diversos tecidos. Decifrar o "idioma" dessa comunicação intercelular tem sido um desafio central na biologia.

Agora, Nagarajan Nandagopal e seus colegas do Instituto de Tecnologia da Califórnia (EUA) descobriram que as células têm uma técnica que lhes permite, através de um único canal de comunicação, transmitir muito mais mensagens do que se pensava.

Elas fazem isso codificando as mensagens ritmicamente ao longo do tempo - é mais um exemplo de como nosso corpo gosta e usa a música em seus circuitos internos.

Via de sinalização Notch

A equipe estudou especificamente um sistema de comunicação essencial conhecido como "via de sinalização Notch", que é usado em quase todos os tecidos animais. Por exemplo, falhas na via de sinalização Notch contribuem para uma variedade de cânceres e doenças do desenvolvimento, o que a torna um alvo importante para o desenvolvimento de medicamentos.

As células conversam entre si usando moléculas especializadas em comunicação chamadas ligantes, que interagem com antenas moleculares correspondentes chamadas receptores. Quando uma célula usa a via Notch para comunicar instruções às suas vizinhas - dizendo-lhes para se dividir, por exemplo, ou para se diferenciar em um tipo diferente de célula - a célula que envia a mensagem produzirá certos ligantes Notch na sua superfície para mandar a mensagem.

Esses ligantes então se ligam aos receptores Notch na superfície das células próximas, fazendo com que os receptores liberem moléculas modificadoras de genes, chamadas fatores de transcrição, no interior das células receptoras. Os fatores de transcrição viajam até o núcleo da célula, onde o DNA é armazenado, e ativa genes específicos. Desta forma, o sistema Notch permite que as células recebam sinais de suas vizinhas e alterem a expressão de genes de acordo com esses sinais.

Recentemente também se descobriu que as bactérias - que são serem unicelulares - trocam informações para saber a hora de atacar.
[Imagem: Rita Valente/IGC]

Comunicação rítmica

Os ligantes ativam os fatores de transcrição modificando a estrutura dos receptores nos quais se encaixam. Todos os ligantes modificam seus receptores de forma similar e ativam os mesmos fatores de transcrição na célula receptora. Por isso, os cientistas vinham considerando que a célula receptora não poderia determinar de forma confiável qual o ligante ativado e, portanto, qual a mensagem ela recebeu.

"À primeira vista, a única explicação de como as células distinguem entre dois ligantes, se é que distinguem, parece ser que elas devem, de alguma forma, detectar com precisão diferenças de intensidade na forma como os dois ligantes ativam o receptor. No entanto, todas as evidências até agora sugerem que, ao contrário dos telefones celulares ou dos rádios, as células têm muitos problemas para analisar com precisão os sinais recebidos.

"Elas geralmente são excelentes em distinguir entre a presença ou a ausência de sinal, mas não muito mais do que isso. Nesse sentido, a mensagem celular está mais próxima de enviar sinais de fumaça do que mensagens de texto. Então, a questão é, como célula, como você diferencia entre dois ligantes, ambos parecidos com nuvens de fumaça semelhantes à distância?" detalhou Nandagopal.

A equipe descobriu que a resposta está no padrão temporal da ativação da via Notch por diferentes ligantes - em outras palavras, como a "fumaça" é emitida ao longo do tempo.

"As células falam apenas um punhado de diferentes 'palavras moleculares', mas têm que trabalhar juntas para realizar uma incrível diversidade de tarefas," disse o professor Michael Elowitz. "Nós geralmente assumimos que essas linguagens são extremamente simples, e as células poderiam basicamente apenas grunhir umas com as outras. Quando assistimos essas células no processo de comunicação, contudo, pudemos ver que essas linguagens são mais sofisticadas e têm um vocabulário maior do que pensávamos. E isso provavelmente é apenas a ponta de um iceberg para a comunicação intercelular."