Em um artigo publicado na Nature Communications, cientistas utilizaram o anfioxo, parente próximo dos vertebrados, para compreender os mecanismos que permitiram essa complexificação.
A cabeça dos vertebrados: uma estrutura complexa específica dos vertebrados.
Os vertebrados são caracterizados pela presença de estruturas morfológicas extremamente complexas em comparação com outros cordados invertebrados. Uma dessas estruturas, talvez a mais fascinante, é sua cabeça.
Esta cabeça é composta por uma série de órgãos e tecidos que se desenvolveram ao longo da evolução em resposta à adaptação de uma forma passiva para uma forma ativa de nutrição. Entre os tecidos que formam a cabeça, a musculatura é sujeita a muitas questões. Essa musculatura é originada do mesoderma, que é, juntamente com o ectoderma e o endoderma, uma das três camadas embrionárias que se formam no início do desenvolvimento e geram todos os tecidos do corpo adulto.
Um espécime de anfioxo —Subfilo: Cephalochordata— coletado em sedimentos de areia grossa (600 µm) no Platô Continental belga. Comprimento total: aproximadamente 22 mm.
Imagem Wikimedia
Ao contrário dos músculos do corpo, que se formam a partir de segmentos de mesoderma paraxial chamados somitos, os músculos da cabeça se desenvolvem a partir do mesoderma faríngeo não segmentado e da placa pré-cordal.
Estudar o anfioxo para entender como se formou a cabeça dos vertebrados
Esse desenvolvimento dos músculos a partir de um território não segmentado é uma característica específica dos vertebrados, e nos cefalocordados (i.e. anfioxo), invertebrados muito próximos dos vertebrados, o mesoderma paraxial é segmentado por todo o corpo, uma característica proposta como ancestral.
O surgimento de novas estruturas morfológicas ou de novos tecidos pode estar ligado à evolução de novos tipos celulares resultantes da reorganização das redes de regulação genética durante o desenvolvimento embrionário.
Portanto, para tentar formular hipóteses sobre o surgimento desses músculos específicos dos vertebrados, os da cabeça, os cientistas utilizaram a tecnologia scRNA-seq (sequenciamento de transcriptoma em escala de célula única) para construir um atlas celular da neurula de anfioxo, um estágio de desenvolvimento no qual os principais compartimentos mesodérmicos se especificam.
Os dados obtidos permitiram propor uma hipótese sobre a história evolutiva dos músculos da cabeça dos vertebrados. Assim, foi evidenciada a presença, no anfioxo, de um território semelhante à placa pré-cordal dos vertebrados, e foi demonstrada a homologia entre territórios específicos dos somitos do anfioxo e o mesoderma faríngeo e lateral dos vertebrados.
Atlas dos tipos celulares da neurula de anfioxo.
A. Projeção bidimensional dos clusters de células ("metacélulas"). As "metacélulas" são codificadas por cores de acordo com o tipo celular.
B. Diagramas circulares mostrando a fração de células atribuídas a cada tipo celular entre os transcriptomas obtidos (em cima); e reconstrução 3D da neurula de anfioxo com a alocação dos núcleos a cada camada embrionária (em baixo). Uma seção transversal é mostrada à esquerda, e vistas dorsais à direita com a parte anterior em cima (visão completa, sem núcleos da epiderme e sem núcleos da epiderme e das células nervosas).
© Nature Communications / Hector Escriva
Neste cenário evolutivo, publicado recentemente na Nature Communications, o surgimento das estruturas mesodérmicas específicas da cabeça dos vertebrados estaria associado tanto à segregação de populações celulares pré-existentes em seu ancestral quanto à cooptação de novos genes para o controle da formação de "novos" músculos.
Referências:
An amphioxus neurula stage cell atlas supports a complex scenario for the emergence of vertebrate head mesoderm
Grau-Bové X, Subirana L, Meister L, Soubigou A, Neto A, Elek A, Naranjo S, Fornas O, Gomez-Skarmeta JL, Tena JJ, Irimia M, Bertrand S, Sebé-Pedrós A, Escriva H.
Nature Communications. 29 maio 2024; DOI: 10.1038/s41467-024-48774-4. PMID: 38811547; PMCID: PMC11136973.