Septins regulate cytokinesis and multicellular development in the closest living relatives of animals

Este estudo demonstra que as septinas em *Salpingoeca rosetta*, o parente vivo mais próximo dos animais, regulam a citocinese e o desenvolvimento de colônias multicelulares, sugerindo que a evolução da adesão celular e da matriz extracelular durante a origem dos animais impôs novas demandas mecânicas que exigiram a elaboração da regulação da divisão celular.

O essencial

Imagine que a vida multicelular (como a nossa, de animais e plantas) é como uma grande orquestra. Para que a música saia perfeita, cada músico precisa saber exatamente quando tocar, quando parar e, principalmente, como se dividir em novos músicos sem perder o ritmo.

Este estudo científico é como um "detetive da evolução" que foi investigar os regentes dessa orquestra em um grupo muito especial: os choanoflagelados.

Quem são os protagonistas?

1. Os Choanoflagelados (Salpingoeca rosetta): Pense neles como os "primos mais velhos" dos animais. Eles são organismos microscópicos que podem viver sozinhos (como uma única nota musical) ou se juntar para formar colônias bonitas em forma de rosas (chamadas de "rosetas"). Eles são o elo perdido que nos ajuda a entender como os animais surgiram.
2. As Septinas: São proteínas que funcionam como andaimes ou cintas de segurança dentro das células. Em animais e fungos, elas são famosas por ajudar a célula a se dividir corretamente (citocinese), garantindo que uma célula vire duas filhas perfeitas, e não uma bagunça gigante.

O Grande Mistério

Os cientistas sabiam que as septinas existiam nos primos dos animais, mas não sabiam o que elas faziam ali. Será que elas eram apenas decorativas ou tinham um papel crucial?

A Investigação: Cortando as "Cintas"

Os pesquisadores usaram uma ferramenta de edição genética chamada CRISPR (pense nela como uma tesoura molecular de precisão) para "cortar" ou desativar os genes que produzem essas septinas nos choanoflagelados. Foi como remover as cintas de segurança de um carro para ver o que aconteceria.

O que eles descobriram?

1. O Tamanho Importa: Quando as "cintas" (septinas) foram removidas, as células ficaram gigantes ou minúsculas, dependendo de qual gene foi cortado. As células perderam a noção de tamanho.
2. O Colapso da "Roseta": Quando os cientistas forçaram essas células a se juntarem para formar a colônia em forma de rosa, as coisas deram errado.
   • Em células normais, a colônia é firme e aguenta até um pouco de agitação (como um vento forte).
   • Nas células sem as septinas certas, a colônia desmoronava facilmente. Era como tentar construir uma casa de cartas com cartas molhadas; elas se separavam ao primeiro toque.
3. A Falha na Divisão: O segredo estava na divisão celular. As células mutantes tentavam se dividir, mas falhavam no final do processo. Em vez de se separarem em duas, elas voltavam a se fundir, criando monstros gigantes com vários núcleos (várias "cabeças" em um só corpo).

A Analogia da Festa de Casamento

Imagine que a divisão celular é como um casal de noivos se separando para formar duas novas famílias.

• Normalmente: As septinas são os fotógrafos e organizadores que garantem que o corte do bolo (a divisão) aconteça no momento certo e que cada um leve sua parte para casa.
• Sem as Septinas: É como se o fotógrafo fosse embora. O casal tenta cortar o bolo, mas a faca escorrega, o bolo se une de novo, e no final, você tem um bolo gigante e bagunçado com várias pessoas presas dentro, incapazes de seguir seus caminhos separados.

A Grande Conclusão: Por que isso importa?

O estudo revela algo fascinante sobre a evolução dos animais:

Quando os primeiros animais começaram a viver em grupo (multicelularidade), eles precisaram de uma nova força de adesão (uma "cola" externa chamada Matriz Extracelular) para se manterem juntos.

O problema é que essa "cola" forte dificultava a divisão das células. Era como tentar se separar de um amigo enquanto ambos estão grudados em uma bola de massa de modelar.

A descoberta mostra que as septinas evoluíram para lidar com esse novo desafio. Elas se tornaram mais fortes e essenciais para garantir que, mesmo com a "cola" da colônia puxando as células, a divisão celular ainda acontecesse corretamente.

Resumo da Ópera:
Este papel nos diz que a evolução da vida complexa (como a nossa) não foi apenas sobre "colar" células juntas. Foi também sobre reaprender a se dividir dentro desse novo ambiente apertado. As septinas foram as heroínas que permitiram que a vida passasse de "solitária" para "social" sem perder a cabeça (ou a divisão celular).

Resumo técnico

Resumo Técnico: Septinas regulam a citocinese e o desenvolvimento multicelular nos parentes vivos mais próximos dos animais

Autores: Michael Carver e Nicole King
Organismo Modelo: Salpingoeca rosetta (um coanoflagelado)

1. O Problema e o Contexto

As septinas são proteínas do citoesqueleto bem caracterizadas em fungos e animais bilaterianos, onde desempenham papéis cruciais na regulação da citocinese (divisão celular), formação de pontes intercelulares e abscisão. No entanto, a função das septinas nos coanoflagelados — o grupo de organismos eucariontes mais próximo filogeneticamente dos animais — permanecia desconhecida.
A questão central era entender se as septinas em S. rosetta possuíam funções análogas às dos animais e se elas desempenharam um papel evolutivo na transição de organismos unicelulares para multicelulares. Especificamente, os autores investigaram se a regulação da divisão celular por septinas foi co-optada ou modificada para suportar as demandas mecânicas e estruturais impostas pelo desenvolvimento de colônias multicelulares (rosetas) e pela matriz extracelular (MEC).

2. Metodologia

Os autores empregaram uma abordagem integrada de bioinformática, edição genética e microscopia avançada:

• Análise Filogenética e Estrutural:
  • Realizaram buscas BLAST e construíram árvores filogenéticas de máxima verossimilhança usando sequências de proteínas de diversos eucariotos para classificar as quatro septinas de S. rosetta (renomeadas para Sros_septA, Sros_sept6, Sros_septB e Sros_sept9).
  • Utilizaram o AlphaFold-3 para prever a estrutura e a montagem oligomérica das septinas, comparando-as com hexâmeros conhecidos de humanos e leveduras.
• Edição Genética (CRISPR/Cas9):
  • Desenvolveram mutantes de perda de função (truncamentos) para cada um dos quatro genes de septina, introduzindo códons de parada prematuros próximos à extremidade 5'.
  • Criaram linhagens com marcação endógena (tagging) da proteína Sros_SeptA com a fluorescência mStayGold e um epitopo ALFA, utilizando uma estratégia de reparo de DNA adaptada para visualização in vivo sem superexpressão.
• Indução e Manipulação Fenotípica:
  • Utilizaram Fatores Indutores de Roseta (RIF-OMVs) derivados da bactéria Algoriphagus machipongonensis para induzir a formação de colônias multicelulares (rosetas) a partir de células soltas.
  • Aplicaram estresse de cisalhamento (vortex) para testar a integridade estrutural das rosetas.
• Imagem e Quantificação:
  • Microscopia de Campo Luminoso (DIC) e Confocal: Para visualizar morfologia, tamanho celular e dinâmica de divisão.
  • Citometria de Fluxo (Attune CytPix): Para quantificar áreas projetadas de células e colônias, e analisar falhas na citocinese.
  • Segmentação 3D (Imaris): Para medir volumes celulares em rosetas.
  • Análise Temporal (Time-lapse): Para observar a dinâmica da citocinese e a localização de SeptA durante a divisão.

3. Contribuições Principais

• Primeira caracterização funcional de septinas em coanoflagelados: O estudo estabelece a função das septinas no organismo mais próximo dos animais, preenchendo uma lacuna evolutiva crítica.
• Desenvolvimento de ferramentas de edição genética: Refinamento de protocolos CRISPR/Cas9 para S. rosetta, incluindo a criação de linhagens com marcação endógena de proteínas fluorescentes, permitindo estudos de dinâmica em tempo real.
• Conexão entre divisão celular e multicelularidade: Demonstra experimentalmente como o contexto multicelular (formação de rosetas) exacerba defeitos na divisão celular quando as septinas são comprometidas.

4. Resultados Chave

• Conservação Estrutural e Filogenética:

  • As quatro septinas de S. rosetta agrupam-se em clados com as septinas animais e fúngicas.
  • As previsões do AlphaFold-3 indicam que Sros_SeptA, Sros_Sept6 e Sros_SeptB podem formar um hexâmero estruturalmente similar ao encontrado em animais e leveduras, sugerindo conservação do mecanismo de montagem.

• Regulação do Tamanho Celular:

  • A perda de diferentes septinas afeta o tamanho celular em direções opostas:
    • A deleção de Sros_septA e Sros_sept6 resulta em células maiores (aumento de 1,13 a 1,25 vezes).
    • A deleção de Sros_sept9 resulta em células menores.
    • Sros_septB não apresentou alteração significativa no tamanho.

• Papel na Citocinese e Falhas de Divisão:

  • A proteína Sros_SeptA localiza-se dinamicamente: na base do polo basal durante a interfase e no sulco de clivagem e na ponte intercelular nascente durante a citocinese.
  • Mutantes de Sros_septA exibem falhas na citocinese tardia, onde as células iniciam a separação, mas as células-filhas fundem-se novamente, resultando em células grandes e multinucleadas.
  • A taxa de falha na citocinese é elevada mesmo em condições não induzidas, mas aumenta mais de duas vezes quando as células são induzidas a formar rosetas, indicando que o ambiente multicelular impõe demandas mecânicas adicionais sobre o citoesqueleto de septinas.

• Desenvolvimento e Integridade de Rosetas:

  • Três das quatro septinas (Sros_septA, Sros_sept6, Sros_sept9) são necessárias para a montagem adequada de rosetas.
  • Sros_septA e Sros_sept6 são essenciais para a integridade estrutural das rosetas. Mutantes nestes genes formam colônias que se desintegram facilmente sob estresse de cisalhamento (vortex), ao contrário das rosetas selvagens que são resistentes.
  • A desintegração não é causada por uma falta de secreção de Matriz Extracelular (MEC), mas sugere um defeito na organização mecânica ou na adesão celular mediada por septinas.

5. Significância e Implicações Evolutivas

O estudo oferece um novo paradigma para a compreensão da origem da multicelularidade animal:

• Acoplamento Mecânico: Os resultados sugerem que a evolução da multicelularidade em animais pode ter imposto novas demandas mecânicas sobre a divisão celular. A presença de uma MEC compartilhada e a adesão forte entre células (como nas rosetas) podem restringir a remodelação da membrana necessária para a citocinese.
• Co-evolução: As septinas podem ter evoluído para regular a divisão celular não apenas para garantir a separação de células, mas para lidar com as tensões mecânicas impostas por colônias multicelulares coesas.
• Modelo para Origem Animal: Ao demonstrar que a regulação da citocinese por septinas é sensível ao contexto multicelular em S. rosetta, o trabalho fornece um modelo plausível de como a regulação da divisão celular e a evolução da adesão celular podem ter interagido para permitir o surgimento de organismos multicelulares complexos.

Em suma, este trabalho identifica as septinas como reguladores centrais que conectam a maquinaria de divisão celular à arquitetura multicelular, sugerindo que a evolução da citocinese foi um passo crítico e adaptativo no surgimento dos animais.