Cada artigo científico é o resultado de inúmeras horas de esforço, colaboração e descoberta. Nosso estudo publicado recentemente na Nature Communications, Um modo gradual de sinalização TGFβ-SMAD e metilação do DNA regula a pluripotência e diferenciação ingênua para preparada (Nat Comun 1510123, 2024. https://doi.org/10.1038/s41467-024-54433-5), não foi exceção. Aqui está a história dos bastidores desta jornada de pesquisa.
Um mistério de longa knowledge
Durante anos, a by way of canônica de sinalização do TGFβ tem sido uma pedra angular na compreensão da embriogênese. No entanto, um enigma persistiu: como o Smad2/3 poderia funcionar independentemente do Smad4 em contextos específicos. A área precisava de um mergulho mais profundo nas complexidades da sinalização do TGFβ. Este mistério cativou a nossa curiosidade. Com nossa experiência em biologia de células-tronco e sinalização molecular, decidimos decifrar esse quebra-cabeça.
O ponto de viragem: descobrindo Dnmt3b
Um momento essential nesta pesquisa ocorreu durante nossos experimentos de imunoprecipitação (IP) e espectrometria de massa. Ao explorar as interações proteicas em células knockout de Smad4, identificamos Dnmt3b – um participante chave na metilação do DNA – como um parceiro surpreendente de Smad2/3. Esta descoberta abriu novos caminhos de exploração. Poderia o Dnmt3b atuar como mediador para a atividade do Smad2/3 independentemente do Smad4?
A descoberta foi emocionante e assustadora. Sabíamos que isso exigiria validação rigorosa em vários modelos e técnicas, desde co-IP, pull-down até ChIP-seq e CUT&Tag, para confirmar o papel do Dnmt3b.
Desafios ao longo do caminho
A ciência raramente segue um caminho reto e a nossa jornada não foi diferente. Um dos maiores desafios foi distinguir os papéis distintos de Smad2 e Smad3 versus Smad4. Isso exigiu a criação e análise de vários modelos de nocaute (nocaute duplo Smad2/3, nocaute único Smad4 e até nocaute triplo Smad2/3/4). Cada modelo revelou diferenças sutis na sinalização e regulação genética, destacando a complexidade dessas vias.
Outro obstáculo foi entender como o Dnmt3b facilita a função do Smad2/3. Isso exigiu a integração de dados epigenômicos, como perfis de metilação do DNA, padrões de modificação de histonas, assinaturas de ligação de Dnmt3b e Smad2/3 em todo o genoma, com dados transcriptômicos. A análise de bioinformática foi complexa e demorada, mas, em última análise, gratificante.
Surge um paradigma gradual
Um modelo de duas etapas descreve a transição do epiblasto ingênuo para o epiblasto preparado e posterior diferenciação.
Através deste trabalho, descobrimos um mecanismo regulatório gradual:
Transição ingênua para preparada: O Smad2/3 regula positivamente o Dnmt3b independentemente do Smad4, o que estabelece padrões adequados de metilação do DNA e permite a ligação do Smad2/3 aos genes marcadores do epiblasto.
Diferenciação Mesendoderme: O Dnmt3b torna-se menos ativamente envolvido na metilação do genoma world, e o Smad4 intervém para colaborar com o Smad2/3, formando o complexo canônico Smad necessário para o comprometimento da linhagem mesendoderme.
Nosso modelo de duas etapas também é consistente com o in vivo dados. O nocaute condicional de Smad4 no epiblasto usando o sistema Cre-LoxP não impede o desenvolvimento do epiblasto até o início da gastrulação, mas mostra defeitos focais na linha primitiva. À medida que a gastrulação prossegue, os embriões deficientes em Smad4 não conseguem formar derivados da linha primitiva anterior, incluindo o endoderma definitivo, partilhando muitas semelhanças fenotípicas com a regulação negativa da by way of Nodal/Smad2/3/Foxh1. Este mecanismo tipo relé forneceu uma nova estrutura para a compreensão de como a sinalização do TGFβ orquestra o desenvolvimento embrionário inicial.
Compartilhando nossas descobertas com a comunidade científica
A ciência prospera com a curiosidade e a vontade de questionar suposições. Este trabalho exemplifica como a revisitação de conceitos fundamentais pode levar a descobertas inesperadas. Nosso estudo não apenas esclarece processos fundamentais de desenvolvimento, mas também tem implicações mais amplas. Compreender como a sinalização do TGFβ e a metilação do DNA se cruzam poderia informar a pesquisa em medicina regenerativa e biologia do câncer, onde essas vias desempenham papéis críticos.
Sinta-se à vontade para mergulhar nos detalhes do nosso estudo aquie não hesite em entrar em contato com perguntas ou sugestões. Afinal, a ciência é uma jornada coletiva!
