Embriões humanos abraçam a assimetria para formar o corpo

As duas células que constituem um embrião humano com um dia de vida podem parecer idênticas à primeira vista. Mas um estudo publicado na revista Cell mostra que a maior parte do corpo humano se forma a partir de apenas uma dessas células — uma descoberta que poderá ajudar a aumentar a taxa de sucesso dos procedimentos de fertilização in vitro (FIV).

O trabalho mostra que as células geradas pela primeira divisão do óvulo fertilizado dão uma contribuição desigual aos órgãos e tecidos do corpo. Essa primeira divisão prepara as células resultantes para procurarem destinos diferentes, abrindo caminho para as complexidades do feto totalmente desenvolvido.

“Este é um grande passo em frente”, afirma o biólogo do desenvolvimento Ali Brivanlou, da Universidade Rockefeller, em Nova Iorque, EUA, acrescentando que as implicações clínicas se tornarão mais claras à medida que a pesquisa avança. “Aquece-me o coração ver que estamos agora chegando em um ponto em que podemos perguntar sobre características específicas do ser humano no nosso próprio desenvolvimento, em vez de generalizar a partir de organismos modelo.”

Origens da assimetria

Pesquisadores pensam há muito tempo que todas as células dos zigotos dos mamíferos – óvulos fertilizados e embriões com menos de 16 células – são idênticas e só começam a especializar-se mais tarde no desenvolvimento. Afinal, os zigotos que se dividem em dois embriões separados depois de já terem ocorrido várias divisões celulares ainda podem se transformar em gêmeos idênticos.

Mas em 2001, a bióloga do desenvolvimento Magdalena Zernicka-Goetz, atualmente no Instituto de Tecnologia da Califórnia, em Pasadena, foi co-autora de um artigo que revela que as duas primeiras células em um embrião de camundongo são distintas. Uma das duas células se divide em células progênies que constituem principalmente a maior parte do feto do camundongo, enquanto os descendentes da outra célula formam principalmente o saco vitelino.

Zernicka-Goetz há muito queria saber se o mesmo acontecia com os humanos. “Meu sonho era entender como as células especificam seu destino e como a complexidade da vida começa a evoluir”, diz ela. Mas isso revelou-se difícil de estudar: os embriões doados por clínicas de fertilização in vitro normalmente contêm dezenas de células.

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Divisão longa

Zernicka-Goetz encontrou uma clínica de fertilização in vitro que poderia fornecer ao seu laboratório 54 óvulos fertilizados que ainda não haviam completado totalmente sua primeira divisão, que produz duas células chamadas blastômeros. Os pesquisadores permitiram que os óvulos fertilizados se dividissem em laboratório e rotularam um dos blastômeros resultantes com uma proteína fluorescente. Isto permitiu-lhes rastrear os descendentes de cada blastômero à medida que o embrião se desenvolvia.

Os pesquisadores cultivaram os embriões em cultura por quatro a cinco dias, até que começassem a formar estruturas distintas. A análise mostrou que a maioria das células da estrutura que se tornaria um feto veio do blastômero que se dividiu mais rapidamente. A progênie do blastômero que se dividiu mais lentamente tendeu a se transformar no saco vitelino.

A correlação não era exata, diz Zernicka-Goetz: estas duas primeiras células são apenas “influenciadas” no sentido de formar um sistema ou outro, e os destinos das suas descendências só são selados mais tarde no desenvolvimento.

Brivanlou ficou chocado com a extensão da assimetria, mas diz que faz sentido, dada a complexidade do corpo humano. “Quanto mais olhamos para isso, mais aprecio que a vida é feita de quebras contínuas de simetria”, diz ele.

Desenvolvimento desequilibrado

Ainda não está claro o que causa a assimetria. Nos camundongos, o local onde o espermatozoide entra no óvulo afeta a forma como o óvulo se divide, e Zernicka-Goetz diz que outros fatores, como a estrutura dos cromossomos no óvulo, também podem afetar o equilíbrio.

Saber quais células têm maior probabilidade de formar o feto poderia permitir que as clínicas de fertilização in vitro examinassem melhor os embriões para encontrar aqueles que têm maior probabilidade de levar a gestações bem-sucedidas, diz Zernicka-Goetz. “Se conseguirmos compreender o que é tão frágil neste momento, algumas perdas podem ser evitadas.”

Ela diz que é difícil prever como esta assimetria inicial afetará o corpo humano mais tarde, mas que o efeito é provavelmente muito duradouro.

Os dois primeiros blastômeros contribuem de forma desigual para o embrião humano

Destaques

• Foi feito o rastreamento de linhagem de embriões humanos desde o estágio de 2 células até o estágio de blastocisto
• A maior parte do epiblasto é derivada de apenas um blastômero em estágio de 2 células.
• As primeiras divisões assimétricas são um gargalo que controla a composição clonal do embrião
• O blastômero do estágio de 2 células que se divide primeiro gera divisões mais assimétricas no estágio de 8 células

Resumo

A reconstrução retrospectiva da linhagem humana prevê que desequilíbrios clonais dramáticos no corpo podem ser atribuídos ao estágio embrionário de 2 células. No entanto, não está claro se e como tais assimetrias clonais surgem no embrião.

Neste estudo, realizou-se rastreamento prospectivo de linhagem de embriões humanos usando imagens ao vivo, marcação celular não invasiva e previsões computacionais para determinar a contribuição de cada blastômero em estágio de 2 células para o epiblasto (corpo), hipoblasto (saco vitelino) e trofectoderma (placenta).

Mostrou-se que a maioria das células epiblásticas se origina de apenas um blastômero do embrião em estágio de 2 células. Observou-se que apenas uma a três células são internalizadas na transição do estágio de 8 para 16 células. Além disso, estas células internalizadas são mais frequentemente derivadas da primeira célula a dividir-se na fase de 2 células.

Propõe-se que a dinâmica da divisão celular e um gargalo de internalização celular no embrião inicial estabeleçam assimetria na composição clonal do futuro corpo humano.

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Fontes:
Cell, publicação em 13 de maio de 2024.
Nature, notícia publicada em 13 de maio de 2024.