Quantos anos têm seus órgãos? Para surpresa dos cientistas, os órgãos são uma mistura de células jovens e velhas

Quantos anos têm seus órgãos? Para surpresa dos cientistas, os órgãos são uma mistura de células jovens e velhas

Cientistas da Salk descobrem estruturas celulares com extrema longevidade, levando a insights sobre doenças associadas à idade

LA JOLLA - Os cientistas pensavam que os neurônios, ou possivelmente as células do coração, eram as células mais antigas do corpo. Agora, os pesquisadores do Salk Institute descobriram que o cérebro, o fígado e o pâncreas do camundongo contêm populações de células e proteínas com expectativa de vida extremamente longa – algumas tão antigas quanto os neurônios. As descobertas, demonstrando “mosaicismo de idade”, foram publicadas na Cell Metabolism em 6 de junho de 2019. Os métodos da equipe podem ser aplicados a praticamente qualquer tecido do corpo para fornecer informações valiosas sobre a função vitalícia de células que não se dividem e como as células perdem o controle sobre a qualidade e integridade de proteínas e estruturas celulares importantes durante o envelhecimento.

“Ficamos bastante surpresos ao encontrar estruturas celulares que são essencialmente tão antigas quanto o organismo em que residem”, disse o vice-presidente e diretor científico da Salk martin hetzer, autor sênior e professor. “Isso sugere uma complexidade celular ainda maior do que imaginávamos anteriormente e tem implicações intrigantes sobre como pensamos sobre o envelhecimento de órgãos, como cérebro, coração e pâncreas”.

A maioria dos neurônios no cérebro não se divide durante a idade adulta e, portanto, experimenta uma longa vida útil e um declínio relacionado à idade. No entanto, em grande parte devido a limitações técnicas, o tempo de vida das células fora do cérebro era difícil de determinar.

“Os biólogos perguntaram – quantos anos têm as células de um organismo? Existe essa ideia geral de que os neurônios são velhos, enquanto outras células do corpo são relativamente jovens e se regeneram ao longo da vida do organismo”, diz Rafael Arrojo e Drigo, primeiro autor e cientista da equipe Salk. “Nós nos propusemos a ver se era possível que certos órgãos também tivessem células que durassem tanto quanto os neurônios no cérebro”.

Como os pesquisadores sabiam que a maioria dos neurônios não é substituída durante a vida, eles os usaram como uma “linha de base de idade” para comparar outras células que não se dividem. A equipe combinou a rotulagem de isótopos eletrônicos com um método de imagem híbrido (MIMS-EM) para visualizar e quantificar a idade e a renovação celular e proteica no cérebro, pâncreas e fígado em modelos de roedores jovens e velhos.

Para validar seu método, os cientistas primeiro determinaram a idade dos neurônios e descobriram que - como se suspeitava - eles eram tão antigos quanto o organismo. No entanto, surpreendentemente, as células que revestem os vasos sanguíneos, chamadas células endoteliais, também eram tão antigas quanto os neurônios. Isso significa que algumas células não neuronais não se replicam ou se substituem ao longo da vida.

O pâncreas, órgão responsável pela manutenção dos níveis de açúcar no sangue e pela secreção de enzimas digestivas, também apresentou células de idades variadas. Uma pequena porção do pâncreas, conhecida como ilhotas de Langerhans, apareceu aos pesquisadores como um quebra-cabeça de células jovens e velhas interconectadas. Algumas células beta, que liberam insulina, se replicaram ao longo da vida e eram relativamente jovens, enquanto outras não se dividiam e tinham vida longa, semelhantes aos neurônios. Ainda outro tipo de célula, chamado células delta, não se dividiu. O pâncreas foi um exemplo notável de mosaicismo de idade, ou seja, uma população de células idênticas que se distinguem por sua expectativa de vida.

Estudos anteriores sugeriram que o fígado tem a capacidade de se regenerar durante a idade adulta, então os pesquisadores selecionaram esse órgão esperando observar células hepáticas relativamente jovens. Para sua surpresa, descobriu-se que a grande maioria das células do fígado em camundongos adultos saudáveis ​​eram tão velhas quanto o animal, enquanto as células que revestem os vasos sanguíneos e as células estreladas, outro tipo de célula do fígado, tinham uma vida muito mais curta. Assim, inesperadamente, o fígado também demonstrou mosaicismo de idade, o que aponta para potenciais novos caminhos de pesquisa regenerativa para este órgão.

Em escala molecular, uma seleção das células de vida longa observadas continha complexos de proteínas exibindo mosaicismo de idade. Por exemplo, os cílios primários (apêndices semelhantes a pelos do lado de fora das células) das células beta no pâncreas e nos neurônios continham regiões proteicas com tempos de vida muito diferentes. Em contraste, as células do fígado não continham nenhuma proteína de vida longa.

“Graças às novas tecnologias de visualização, podemos identificar a idade das células e seus complexos supramoleculares com mais precisão do que nunca. Isso abre novas portas para o estudo de todas as células, tecidos e órgãos em estados normais e patológicos”, diz Mark Ellisman, distinto professor de neurociências da Escola de Medicina da UC San Diego e co-líder do estudo com Hetzer. Seu laboratório, o Centro Nacional de Pesquisa em Microscopia e Imagem, desenvolveu e forneceu os novos métodos de imagem de tecido para microscopia multiescala e multimodal correlacionada. Esses métodos forneceram as tecnologias novas e capacitadoras que permitiram a realização deste estudo.

“Determinar a idade das células e estruturas subcelulares em organismos adultos fornecerá novos insights sobre os mecanismos de manutenção e reparo celular e o impacto das mudanças cumulativas durante a idade adulta na saúde e no desenvolvimento de doenças”, acrescenta Hetzer. “O objetivo final é utilizar esses mecanismos para prevenir ou retardar o declínio de órgãos relacionados à idade com renovação celular limitada”.

Em seguida, os autores planejam decifrar a diferença na expectativa de vida de ácidos nucléicos e lipídios. Eles também querem entender como o mosaicismo da idade se relaciona com a saúde e doenças como diabetes tipo 2.

Outros autores incluíram Swati Tyagi de Salk; Varda Lev-ram, Ranjan Ramachandra, Thomas Deerinck, Eric Bushong e Sebastien Phan da UC San Diego; Victoria Orphan do Instituto de Tecnologia da Califórnia; e Claude Lechene do Brigham and Women's Hospital.

O trabalho foi financiado pelos National Institutes of Health (R01 NS096786, NINDS NIH RO1 NS027177-30, NIGMS 5P41 GM103412-29), Keck Foundation, NOMIS Foundation, US Department of Energy (DE-SC0016469), NINDS Neuroscience Core (NS072031), Waitt Foundation, Chapman Foundation, Helmsley Charitable Trust, uma bolsa de pós-doutorado da American Diabetes Association (#1-18-PMF-007) e The Cell and Tissue Imaging Facility of the Institut Curie (PICT), membro da Infraestrutura Nacional de BioImaging da França (ANR-10-INBS-04).

DOI: 10.1016 / j.cmet.2019.05.010