Cientistas identificam gene crucial para o desenvolvimento normal dos pulmões e do cérebro

Cientistas identificam gene crucial para o desenvolvimento normal dos pulmões e do cérebro

Descoberta pode levar a novas maneiras de substituir tecidos pulmonares danificados por células-tronco

LA JOLLA, CA—Cientistas do Salk Institute for Biological Studies identificaram um gene que diz às células para desenvolver múltiplos cílios, minúsculas estruturas semelhantes a cabelos que movem fluidos através dos pulmões e do cérebro. A descoberta pode ajudar os cientistas a gerar novas terapias que usam células-tronco para substituir tecidos danificados no pulmão e em outros órgãos.

“Células com cílios múltiplos desempenham vários papéis importantes, incluindo a movimentação de fluidos através do trato respiratório, cérebro e medula espinhal”, diz Christopher R. Kintner, um professor da Salk's Laboratório de Neurobiologia Molecular, que liderou a pesquisa. “Conhecer o gene que instrui as células a desenvolver cílios múltiplos nos ajuda a entender como podemos persuadir as células-tronco a se desenvolverem nesse tipo de célula, que poderíamos usar para reparar tecidos danificados”.

Os pesquisadores do Salk descobriram o gene mestre que diz às células para desenvolver múltiplos cílios semelhantes a cabelos, como os vistos em rosa nesta imagem de microscópio eletrônico de cores falsas da superfície de um embrião de sapo.

Imagem: Cortesia do Salk Institute for Biological Studies; Chris Kintner, Laboratório de Neurobiologia Molecular, e Matthew Joens e James Fitzpatrick, Waitt Advanced Biophotonics Center

As descobertas da pesquisa, que foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde e pelo Programa de Bolsas de Inovação da Salk, foram publicadas na edição online de 8 de janeiro da Nature Cell Biology.

Kintner e sua colaboradora, Jennifer Stubbs, agora cientista da Pathway Genomics, uma empresa de biotecnologia de San Diego, juntamente com Eszter Vladar, pós-doutorando no laboratório de Jeffery Axelrod, na Escola de Medicina da Universidade de Stanford, fizeram sua descoberta estudando inicialmente os embriões de rãs com garras africanas (Xenopus laevis).

Células multiciliadas se formam do lado de fora dos embriões, tornando-as fáceis de estudar, e os mecanismos genéticos que direcionam as células do sapo a desenvolver cílios múltiplos são provavelmente semelhantes aos dos humanos.

Humanos e outros organismos herdaram cílios de nossos ancestrais unicelulares primordiais que usavam essas estruturas pulsantes como forma de propulsão. A maioria das células do nosso corpo projeta um único cílio imóvel usado como uma pequena antena para detectar estímulos químicos e físicos. Mas certos tecidos especializados requerem células com 100 a 200 cílios móveis que batem em conjunto para mover fluidos pelo corpo.

Essas células ajudam a empurrar o líquido cefalorraquidiano através do cérebro e da medula espinhal, ajudando a circular e reabastecer esse fluido. No sistema respiratório, os cílios empurram o muco que retém poeira, patógenos e outros materiais estranhos do pulmão para a traqueia, ajudando a prevenir infecções.

Em um estudo anterior, publicado na Nature Genetics, Kintner e Stubbs identificaram uma proteína, FoxJ1, que promoveu a formação de um único cílio em movimento. O que ainda não está claro é como certas células ativam o FoxJ1 de uma forma que leva à formação de centenas de cílios móveis por célula.

Em seu novo estudo, Kintner e seus colaboradores identificaram um gene que produz uma segunda proteína, que eles apelidaram de “multicilina”, que diz às células para desenvolver cílios múltiplos. Quando as células são expostas à multicilina, seus mecanismos genéticos para o desenvolvimento de múltiplos cílios são ativados. Em um embrião em desenvolvimento, a proteína instrui certas células-tronco que revestem os pulmões, rins e pele a se desenvolverem em células multiciliadas.

Quando os pesquisadores inibiram a ação da multicilina, a pele e os rins das rãs não conseguiram formar células multiciliadas. Os cientistas também descobriram que a multicilina é necessária e suficiente para instruir o desenvolvimento de cílios múltiplos em células que revestem as vias aéreas de camundongos.

“Isso significa que a multicilina direciona o desenvolvimento dessas células em vários órgãos diferentes”, diz Kintner. “Como as células multiciliadas se desenvolvem tem sido um mistério, mas isso preenche uma grande peça do quebra-cabeça.”

Kintner observa que pacientes com doenças respiratórias como asma crônica, enfisema e fibrose cística frequentemente sofrem de infecções pulmonares, que podem resultar de danos às células ciliadas que movem o muco protetor para fora das vias aéreas. No futuro, as terapias com células-tronco podem substituir essas células danificadas por novas células ciliadas, mas primeiro os cientistas precisam saber como guiar as células-tronco ao longo de um caminho para as células multiciliadas.

“Nossas descobertas sugerem que a multicilina pode ser fundamental para diferenciar as células-tronco em células substitutas”, diz Kintner. “É um passo necessário no desenvolvimento de tais terapias.”

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Sobre o Salk Institute for Biological Studies:
O Salk Institute for Biological Studies é uma das mais proeminentes instituições de pesquisa básica do mundo, onde professores de renome internacional investigam questões fundamentais das ciências da vida em um ambiente único, colaborativo e criativo. Com foco na descoberta e na orientação de futuras gerações de pesquisadores, os cientistas da Salk fazem contribuições inovadoras para nossa compreensão do câncer, envelhecimento, Alzheimer, diabetes e doenças infecciosas, estudando neurociência, genética, biologia celular e vegetal e disciplinas relacionadas.

As realizações do corpo docente foram reconhecidas com inúmeras honras, incluindo Prêmios Nobel e associações na Academia Nacional de Ciências. Fundado em 1960 pelo pioneiro da vacina contra a poliomielite Jonas Salk, MD, o Instituto é uma organização independente sem fins lucrativos e um marco arquitetônico.