Quebrando a simetria bilateral

Vertebrados, em geral, parecem perfeitamente simétricos em relação ao eixo esquerdo-direito. Em outras palavras, se você traçar uma linha da cabeça aos pés, dividindo o corpo em duas metades – esquerda e direita – observará que uma aparenta ser a imagem espelhada da outra.
Mas isso só é verdade por fora: por dentro impera a assimetria.

Coração deslocado para a esquerda, fígado pra direita, estômago para a esquerda, intestino para todos os lados! Sem falar em assimetrias funcionais como no cérebro.

A “quebra” da simetria bilateral é um tópico de intensa pesquisa na área de biologia do desenvolvimento e evolução, tanto pelo desafio que ela impõe à anatomia animal, quanto pela enigmática razão pela qual a assimetria em vertebrados, ao menos da forma como a conhecemos, foi selecionada durante a evolução.

Um embrião de vertebrado no estágio de nêurula já possui um corpo tubular com uma cabeça e o tubo neural em formação. Entretanto, neste estágio o embrião parece bilateralmente simétrico. É neste momento que antecede a formação dos principais sistemas de órgãos que o desenvolvimento embrionário encara uma difícil tarefa: gerar um embrião bilateralmente simétrico onde os órgão internos são assimetricamente posicionados.

Uma série de genes estão envolvidos neste processo, como Nodal, Pitx2, FGF8, Shh, para citar alguns (quem sabe assunto para futuros posts). Porém gostaria de direcionar o foco para um “órgão”, presente somente em vertebrados, que se forma no estágio de gástrula e desaparece logo que os órgão começam a assumir posicionamento assimétrico.
Em sapos, camundongos, e aves, este "órgão" é conhecido como nódulo, e em peixes como vesícula de Kupffer (ou VK: a imagem ao lado mostra as células da VK marcadas de verde, com cílios marcados de vermelho). Apesar da forma deste órgão variar de acordo com cada organismo, em todos eles existe um aspecto em comum: o nódulo (ou a VK) possui cílios que batem coordenadamente de tal forma que o líquido dentro do nódulo flui da direita para a esquerda e, de alguma maneira misteriosa, resulta na expressão de certos genes somente no lado esquerdo do embrião! Como resultado, estes genes coordenam o posicionamento assimétrico dos órgãos.

Vários experimentos elegantes mostram a importância do nódulo e seus cílios para o posicionamento assimétrico dos órgãos: quando o fluxo do fluido dentro do nódulo é artificialmente revertido, camundongos se desenvolvem com os órgãos epelhados. Doenças humanas hereditárias que afetam a formação de cílios e flagelos resultam em alterações na lateralidade dos órgãos. Quando um gel é injetado na VK de peixes de tal maneira que os cílios ficam imóveis, os órgãos internos não assumem posicionamento assimétrico, e o coração permanece como um tubo reto (como um cabo de guerra onde não há vencedor).

Ao mesmo tempo que este nódulo coordena a expressão de genes em um só lado do corpo, também promove a formação simétrica dos somitos (blocos de tecido que dão origem principalmente à musculatura do corpo). O modo pelo qual esta estrutura consegue gerar sinais assimétricos e ao mesmo tempo coordenar a formação simétrica dos somitos esta apenas começando a ser compreendido.

Mas qual a força que conduziu à evolução da assimetria dos órgãos internos? Talvez para melhor compactar os órgãos dentro do corpo? Porém a assimetria em sí resultou em outros “problemas” a serem resolvidos, como por exemplo a necessidade de um sistema complexo e extremamente assimétrico de veias e artérias, percorrendo os mais tortuosos caminhos, para irrigar estes órgãos dispostos de forma tão bizarra.

Outra questão diz respeito ao viés à esta conformação em particular. Se todos os órgãos fossem posicionados exatamente de forma espelhada em relação à conformação “normal”, o organismo funcionaria perfeitamente, como é o caso em algumas raras condições onde o paciente tem os órgãos invertidos (geralmente só se descobre tal condição na mesa de operação, quando o médico procura o coração no lado esquerdo e encontra no lado direito!).

Porque, então, possuir os órgãos em posição espelhada é tão raro?

Alguns acreditam que esta seja uma barreira imposta à evolução pela biofísica das moléculas que formam o cílio: as proteínas que compõem o cílio são “montadas” de tal maneira que o cílio roda para uma única direção para gerar o movimento de chicote. Por causa desta quiralidade intrínseca dos cílios, o fluxo dentro do nódulo é sempre da direita pra esquerda e pouco (ou nada) pôde fazer a evolução à respeito disso.

Diversos exemplos de assimetrias existem no reino animal e muitos não envolvem cílios. A evolução parece ter encontrado várias outras maneiras de gerar assimetria, como àquela presente nas conchas de moluscos, ou mesmo nos olhos do linguado, pois estes inicialmente são posicionados lateralmente e a metamorfose que gera a migração do olho é causada por ação hormonal.

Por fim, este é um assunto no qual trabalhei durante o doutoramento e por conseqüência tenho considerável interesse. Logo, assim que souber de novas descobertas, comentarei aqui no blog!