Segregação Celular

Modelagem de segregação celular: animóides

A partir da caracterização experimental da difusão celular como o mecanismo responsável pela segrega ção por Holtfreter em 1944 (Holtfreter1944) iniciou-se a discussão sobre a natureza desta difusão. E ntre as várias hipóteses levantadas, a “Hipótese da Adesão Diferenciada” (HAD), proposta em 1962 por M. S. Steinberg (Steinber1962), é a mais aceita atualmente. Segundo ela, dois ingredientes básicos regulam a segregação: motilidade e diferentes graus de adesão. Ao se difundirem devido à motilidade, a s células mais adesivas acabam formando um agregado central, com as células do tecido menos adesivo ficando no entorno.

A simplicidade da hipótese é tentadora e levou à busca da origem da motilidade e das diferenças nas adesividades. Experimentos recentes confirmam alguns dos postulados da HAD: medidas de tensão superfici al em tecidos de embrião de aves (Foty1994) e a determinação da intensidade das forças de adesão entre pares de células de Hydra (Sato1994) confirmam as magnitudes das forças necessárias para o envolvimento dos tecidos. Além disso, várias caracterizações experimentais relacionadas com a difusão celular foram feitas: movimento celular induzido por flutuação da membrana celular (Mombach1995), movimento coerente de grupos de células (Rieu1998) e tempos característicos de aprisionamento diferenciados por tecido(Rieu2000).

Esses resultados permitem-nos projetar modelagens computacionais quantitativas ou, pelo menos, semi-quantitativas. Neste contexto, Graner e Glazier(Graner1992) introduziram as primeiras simulações usando o modelo GGH(Glazier2006) e mostraram que a segregação pode ocorrer com as células mais adesivas sendo envolvidas pelas menos adesivas. No entanto, esta abordagem, além de ter sido feita apenas em duas dime nsões, não leva em consideração os movimentos coerentes de grupos de células constatados experimentalmente, ou seja, não considera interações dependentes de velocidade.

Nessa linha investigamos a dinâmica de segregação de células gerada a partir da competição entre os diversos mecanismos constatados experimentalmente: adesão diferencial, difusão browniana e movimentos coerentes de grupos de células. As questões aí formuladas são as seguintes: Existe universalidade associada ao processo de crescimento e segregação? Para que conjunto de parâmetros? Há alguma escala de tempo/tamanho onde um ou outro dos mecanismos domina?

A resposta a essas perguntas passa pela construção de ferramentas de simulação e análise. De fato, todos os mecanismos detectados experimentalmente podem ser incluídos em modelos de partículas auto-propelentes - animóides - que se tornaram conhecidos não apenas na descrição de movimentos de grupos de animais(Vicsek1995), mas também na dinâmica de banhos de bactérias(Wu2000,Sokolov2007), em colônias de amebas e bactérias (Benjacob1995, Rieu2005), ou ainda em grupos de células movendo-se em um substrato, como melanócitos (Gruler1999).

Nossos trabalhos iniciam com a construção ab initio de programas, em colaboração com H. Chaté do CEA-Saclay, visand o o estudo em duas dimensões de segregação celular em células de hidra e na construção do diagrama de fases do sistema com dois tipos distintos de animóides (Belmonte2007, Belmonte2008). Estamos buscando as relações entre parâmetros que p ropiciem a segregação, as escalas espaço-temporais onde ela ocorre e a existência, ou não, de universalidade no fenôme no. A mesma busca será feita em três dimensões quando a comparação com experimentos torna-se possível. Na parte experi mental contamos com a colaboração de J. P. Rieu da Université Claude Bernard de Lyon.

As perguntas a serem respondida são

1. Como termos de interação dependentes de velocidade influenciam a segregação?
2. Como se dá a evolução espaço-temporal da segregação?
3. Como os resultados das simulações comparam-se com os dados experimentais?

Pesquisadores: Leonardo G. Brunnet, Gilberto Lima Thomas e Rita M.C. de Almeida

Estudantes: Carine Beatrici, Aline Lütz, Cássio Kirch

Colaboradores externos: Jean Paul Rieu, Hugues Chaté