Embora esse tipo de preparo nutricional seja benéfico durante a gestação, cientistas do EMBL descobriram que o metabolismo – o processo pelo qual as células convertem alimentos em energia – durante o desenvolvimento embrionário desempenha um papel além de apenas fornecer energia e blocos de construção celulares. O metabolismo apresenta um elemento de sinalização surpreendente. Ao modular o metabolismo de forma específica, eles conseguiram identificar um metabolito sinalizador que controla o ritmo do desenvolvimento.

“Observamos que, à medida que o metabolismo acelerava, um determinado relógio de desenvolvimento diminuía a sua velocidade,” afirmou Hidenobu Miyazawa, um dos autores principais do novo estudo e cientista de pesquisa no Grupo Aulehla do EMBL. “Essa observação sugere que o papel do metabolismo vai além de fornecer energia e biomassa para alimentar os processos biológicos.”

Miyazawa, junto com outros dois co-autores e membros do grupo Aulehla na época, Nicole Prior e Jona Rada, além de outros pesquisadores do EMBL, descobriram que o metabolismo também possui um componente de sinalização. Os cientistas estudaram embriões de camundongos enquanto formavam segmentos corporais repetidos que, por fim, desenvolvem-se em colunas vertebrais. O papel sinalizador do metabolismo tornou-se evidente ao descobrir que até mesmo quantidades mínimas de certos metabolitos – insuficientes para realmente fornecer energia às células – podiam manter o ‘relógio biológico’ do embrião em funcionamento para a formação dos segmentos. Este relógio é chamado de relógio de segmentação.

Os pesquisadores encontraram uma relação inversa entre a atividade metabólica e o ritmo do relógio de segmentação. Isto indica que, quanto maior a atividade metabólica nas células, mais lenta se torna o relógio de segmentação. Surpreendentemente, eles conseguiram reverter esse fenótipo de ‘reloginho lento’ ao restaurar a sinalização celular, sem necessariamente modular o metabolismo. Isso levou à conclusão de que a atividade metabólica influencia a sinalização celular.

Para identificar quais metabolitos essenciais controlam o ritmo do relógio, os cientistas adotaram uma abordagem experimental baseada na teoria da sincronização. Assim como o ritmo interno do corpo segue os ciclos diurnos, o relógio de segmentação do embrião pode também se adaptar a um sinalizador externo quando fornecido periodicamente. “Neste projeto, perguntamos se um metabolito pode funcionar como um sinalizador para controlar o relógio de segmentação,” explicou Miyazawa.

Usando essa abordagem única, os cientistas descobriram que uma molécula de açúcar específica, FBP, era o metabolito chave que regulava o relógio de segmentação. O FBP influencia o ritmo do relógio de segmentação através de uma importante via de sinalização chamada sinalização Wnt.

Além disso, Miyazawa explicou que, à medida que a equipe de pesquisa monitorava as mudanças, as oscilações moleculares associadas ao relógio de segmentação podiam alterar os padrões espaciais dos segmentos corporais do embrião.

Embora essa descoberta científica seja significativa para a pesquisa básica, ela pode ter implicações sobre o que os cientistas poderão compreender e controlar no futuro. Essa função sinalizadora do metabolismo pode refletir a maneira como os organismos respondem ao seu ambiente, por exemplo, ajustando o desenvolvimento com base na alimentação disponível.

“Os resultados realmente levantam uma questão importante: será que o metabolismo pode agir como um marca-passo que conecta os relógios biológicos internos com os ritmos externos do ambiente?” questionou Alexander Aulehla, autor sênior do artigo e diretor da Unidade de Biologia do Desenvolvimento do EMBL. “Uma vez que o metabolismo está naturalmente ligado a sinais e ciclos externos, como o relógio circadiano, nosso trabalho que mostra que o metabolismo pode ‘definir’ o relógio de segmentação apoia essa ideia que testaremos em estudos futuros.”