"Estado mágico" de células-tronco embrionárias pode ajudar a superar obstáculos à terapêutica

“Estado mágico” de células-tronco embrionárias pode ajudar a superar obstáculos à terapêutica

As descobertas do pesquisador Salk sugerem um momento potencialmente favorável para colher células-tronco para terapia e podem revelar genes cruciais para a produção de tecidos

LA JOLLA, CA—Com seu potencial para tratar uma ampla variedade de doenças e revelar processos fundamentais que levam a essas doenças, as células-tronco embrionárias (ES) são uma grande promessa para a ciência biomédica. Uma série de obstáculos, tanto científicos quanto não científicos, no entanto, impediram os cientistas de alcançar o Santo Graal de usar essas células especiais para tratar doenças cardíacas, diabetes, Alzheimer e outras doenças.

Em um artigo publicado em 13 de junho em Natureza, cientistas do Salk Institute for Biological Studies relatam a descoberta de que as células ES entram e saem de um “estado mágico” nos estágios iniciais do desenvolvimento do embrião, durante o qual uma bateria de genes essenciais para a potência celular (a capacidade de uma célula genérica de diferenciar, ou desenvolver, em uma célula com funções especializadas) é ativado. Essa condição única, chamada de totipotência, dá às células ES sua capacidade única de se transformar em qualquer tipo de célula do corpo, tornando-as alvos terapêuticos atraentes.

Os pesquisadores do Salk descobriram que as células-tronco embrionárias entram e saem de um estado a partir do qual podem se desenvolver em qualquer tipo de tecido. Aqui, moléculas “repórteres” fluorescentes vermelhas indicam que essas células embrionárias iniciais estão exibindo atividade genética indicativa desse estado flexível.

Imagem: Cortesia do Salk Institute for Biological Studies

“Essas descobertas”, diz o autor sênior Samuel L. Pfaff, um professor da Salk's Laboratório de Expressão Gênica, “dar uma nova visão sobre a rede de genes importantes para o potencial de desenvolvimento das células. Identificamos um mecanismo que redefine as células-tronco embrionárias para um estado mais jovem, onde são mais plásticas e, portanto, potencialmente mais úteis na terapêutica contra doenças, lesões e envelhecimento”.

As células ES são como massa de vidraceiro tola que pode ser induzida, nas circunstâncias certas, a se tornar células especializadas - por exemplo, células da pele ou células pancreáticas - no corpo. Nos estágios iniciais de desenvolvimento, quando um embrião contém apenas cinco a oito células, as células-tronco são totipotentes e podem se desenvolver em qualquer tipo de célula. Após três a cinco dias, o embrião se desenvolve em uma bola de células chamada blastocisto. Nesse estágio, as células-tronco são pluripotentes, o que significa que podem se desenvolver em quase qualquer tipo de célula. Para que as células se diferenciem, genes específicos dentro das células devem ser ativados.

Pfaff e seus colegas realizaram o sequenciamento de RNA (uma nova tecnologia derivada do sequenciamento do genoma para monitorar quais genes estão ativos) em óvulos de camundongos imaturos, chamados oócitos, e embriões de dois estágios celulares para identificar genes que são ativados imediatamente antes e imediatamente após a fertilização. A equipe de Pfaff descobriu uma sequência de genes ligados a esse estado privilegiado de totipotência e notou que os genes eram ativados por retrovírus adjacentes às células-tronco.

Quase 8% do genoma humano é composto de antigas relíquias de infecções virais que ocorreram em nossos ancestrais, que foram transmitidas de geração em geração, mas são incapazes de produzir infecções. Pfaff e seus colaboradores descobriram que as células usaram alguns desses vírus como uma ferramenta para regular os interruptores de seus próprios genes. “A evolução disse: 'Faremos dos limões uma limonada e usaremos esses vírus a nosso favor'”, diz Pfaff. Usar os restos de vírus antigos para ativar centenas de genes em um momento específico no desenvolvimento inicial do embrião dá às células a capacidade de se transformar em qualquer tipo de tecido do corpo.

A partir de suas observações, os cientistas do Salk dizem que esses vírus são rigidamente controlados - eles não sabem por quê - e ativos apenas durante uma curta janela durante o desenvolvimento embrionário. Os pesquisadores identificaram as células ES no início da embriogênese e, em seguida, desenvolveram os embriões e os cultivaram em uma placa de laboratório. Eles descobriram que um grupo raro de células ES especiais ativou os genes virais, distinguindo-os de outras células ES no prato. Ao usar os retrovírus a seu favor, diz Pfaff, essas células raras voltaram a um estado mais jovem e plástico e, portanto, tiveram maior potencial de desenvolvimento.

A equipe de Pfaff também descobriu que quase todas as células ES entram e saem dessa forma privilegiada, uma característica das células ES que tem sido subestimada pela comunidade científica, diz o primeiro autor Todd S. Macfarlan, ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Pfaff que recentemente aceitou um cargo de docente no Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development. “Se esse ciclo for impedido de acontecer”, diz ele, “toda a gama de potencial celular parece ser limitada”.

É muito cedo para dizer se esse “estado mágico” é um momento oportuno para colher células ES para fins terapêuticos. Mas, acrescenta Pfaff, ao forçar as células a esse status privilegiado, os cientistas podem identificar genes para ajudar na expansão dos tipos de tecido que podem ser produzidos.

“Existe um tremendo hype sobre as aplicações práticas de células-tronco embrionárias em situações clínicas”, diz ele. “A luta nos laboratórios em todo o mundo é que as menores mudanças nas condições ambientais podem ter um efeito sutil e imprevisível nessas células. Portanto, quanto mais soubermos sobre os requisitos básicos necessários para que essas células sejam capazes de gerar uma gama completa de tipos de tecidos, melhor seremos”. Embora as descobertas lancem luz sobre a biologia básica das células-tronco embrionárias, Pfaff diz que ainda há um “longo caminho a percorrer” em termos de seu valor prático e clínico.

Outros pesquisadores do estudo foram Wesley D. Gifford, Shawn Driscoll, Karen Lettieri, Dario Bonanomi, Amy Firth e Oded Singer, do Salk Institute; e Helen M. Rowe e Didier Trono da Ecole Polytechnique Federale de Lausanne na Suíça.

O trabalho contou com o apoio do Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Derrame (R37NS037116), o Instituto Médico Howard Hughes e a Fundação Marshall Heritage.

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.