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A regeneração da cauda em peixes pulmonados fornece uma visão sobre a evolução do novo crescimento dos membros
Compreender os mecanismos moleculares subjacentes a esse fena´meno pode ser a chave para o desenvolvimento de novos tipos de medicina regenerativa, dando-nos o poder de curar lesões da medula espinhal e outros tecidos gravemente danificados.
Por Universidade de Chicago - 16/09/2020


O peixe pulmonado da áfrica Ocidental representa um novo modelo para estudar a regeneração de membros, fornecendo novos insights sobre a evolução da caracterí­stica. Crédito: Camila Guimara£es do Schneider Lab

Para a maioria dos vertebrados, perder um membro épermanente, mas algumas poucas espanãcies de sorte - como salamandras e girinos - tem a capacidade de regenerar completamente partes complexas do corpo. Compreender os mecanismos moleculares subjacentes a esse fena´meno pode ser a chave para o desenvolvimento de novos tipos de medicina regenerativa, dando-nos o poder de curar lesões da medula espinhal e outros tecidos gravemente danificados.

Um novo estudo publicado nos Proceedings of the Royal Society B por pesquisadores da University of Chicago e da Universidade Federal do Para¡ explora essa capacidade regenerativa nas caudas de peixes pulmonados da áfrica Ocidental pela primeira vez e descobre que o processo compartilha muitas das mesmas. caracteri­sticas como regeneração da cauda em salamandras. Seus resultados indicam que esse traa§o provavelmente foi encontrado em um ancestral comum - e fornece uma nova oportunidade para melhor compreensão e aproveitamento dos mecanismos de regeneração do membro.

A inspiração para esta pesquisa surgiu de uma bolsa de pa³s-doutorado no Shubin Lab em UChicago. Apa³s concluir seu pa³s-doutorado em biologia evolutiva , Igor Schneider, Ph.D., aceitou um cargo de professor em Belanãm, Brasil, onde encontrou a diversidade da floresta amaza´nica ao seu alcance. Ele se interessou em explorar traa§os evolutivos em novos modelos animais e, por fim, estreitou seu foco para a biologia regenerativa. Ele começou a explorar os mecanismos de regeneração do peixe pulmonado - primeiro nas espanãcies sul-americanas e depois no peixe pulmonado da áfrica Ocidental.

"Quando falamos sobre como uma salamandra volta a crescer uma cauda perdida, estamos falando sobre como voltar a crescer todos os tipos de tecidos", disse Schneider, professor associado de Ciências Biola³gicas da Universidade Federal do Para¡ e professor associado visitante de Biologia Organismal em UChicago. "Vanãrtebras, medula espinhal, maºsculo, éuma estrutura muito complexa. Mama­feros, pa¡ssaros e a maioria dos ranãpteis não podem regenerar tecidos assim, mas as salamandras podem. Na³s sabemos um pouco da biologia de como isso acontece, mas realmente não sabemos muito sobre como ele evoluiu, ou quando. Nossos ancestrais tinham a capacidade de regenerar um membro perdido? Perdemos essa capacidade como mama­feros ou as salamandras tiveram a sorte de inventa¡-lo mais tarde? "

Uma maneira de responder a essa pergunta édeterminar se a caracterí­stica existia ou não no ancestral comum entre humanos e salamandras. Para fazer isso, os pesquisadores adotaram uma abordagem filogenanãtica, procurando por parentes adicionais que possuam uma caracterí­stica regenerativa semelhante. Os peixes pulmonados são aºnicos por serem "nossos primos peixes mais pra³ximos", disse Schneider. “Eles podem regenerar suas caudas, mas também são nossos parentes mais pra³ximos na a¡gua. Isso nos permite explorar se essa capacidade regenerativa também estava ou não presente em nosso ancestral comum, sem ter que ir muito fundo em nossa a¡rvore filogenanãtica. "
 
O peixe pulmonar representa um modelo ideal por mais de um motivo. "Esses animais tem a anatomia certa para estudar esta questãoe também podem ser facilmente manejados no laboratório", disse Neil Shubin, Ph.D., o Distinguished Service Professor de Biologia Organismal e Anatomia da Robert R. Bensley na UChicago. "Os peixes pulmonados são muito mais parentes dos humanos do que outras espanãcies comuns que tem habilidades regenerativas, como o peixe-zebra. Por exemplo, os peixes pulmonados tem um aºmero na nadadeira, assim como o osso em nossos braa§os. Eles tem pulmaµes semelhantes aos nossos. Ha¡ um conjunto de caracteri­sticas sugerindo que esses animais são muito mais pra³ximos a nosdo que o peixe-zebra. "

Os pesquisadores foram inicialmente desafiados a estabelecer o peixe pulmonado como um modelo a partir do zero, aprender como cuidar dos peixes em um ambiente de laboratório, amostrar tecidos e obter dados de sequenciamento de DNA para obter uma imagem mais clara da genanãtica do animal e testar novos anticorpos e técnicas em uma espanãcie totalmente nova.

O que eles descobriram foi que o peixe pulmonado da áfrica Ocidental não são podia regenerar totalmente uma cauda perdida, mas que a regeneração usava mecanismos moleculares semelhantes ao recrescimento de membros visto em anfa­bios. Isso inclui uma molanãcula de sinalização cra­tica, Shh, que desempenha um papel fundamental no crescimento e organização do cérebro e do corpo durante o desenvolvimento embriona¡rio. Isso fornece suporte para a hipa³tese de que esse tipo de regeneração estava presente em um ancestral comum dessas espanãcies - e dos humanos.

Mas talvez ainda mais interessante do que as semelhanças nos processos de regeneração são as diferenças. "O que eu achei particularmente intrigante foram alguns dos aspectos do crescimento da cauda que são exclusivos do peixe pulmonado", disse Schneider. "Esses animais são conhecidos por terem genomas gigantescos - até40 vezes maiores que os de um ser humano - porque seus genomas contem muitos elementos de DNA derivados de va­rus, chamados transposons. Durante a regeneração, alguns desses genes são ativados, mas nosnão Nãosei se éapenas porque eles estãopra³ximos de outros genes-chave neste processo, ou se éporque esses genes estãoativamente envolvidos na regeneração. Parte disso também foi observado na regeneração de anfa­bios, então fica a questãode saber se ou não esses transposons desempenham um papel particular na regeneração. "

Além de fornecer insights sobre a origem evolutiva dessa caracterí­stica, os pesquisadores dizem que este novo modelo animal ajudara¡ a avana§ar no campo da medicina regenerativa. “Frequentemente, quando vocêtem modelos limitados, vocêtenta entender um processo muito bem em uma determinada espanãcie e então extrapola o que vocêaprende para outras espanãcies”, disse Schneider. "Mas vocêpode encontrar coisas que são exclusivas da espanãcie que estãoestudando e que nem sempre se aplicam a outros animais. Compreender fena´menos como a regeneração de uma forma comparativa, observando como outros organismos estãofazendo isso, pode nos ajudar a encontrar temas gerais na regeneração. "

Esclarecer ainda mais a evolução da regeneração de membros em peixes pulmonados e outras espanãcies, juntamente com seus mecanismos subjacentes, pode revelar novos tratamentos para feridas graves, lesões da medula espinhal e amputações. "Em última análise, estamos tentando entender o kit de ferramentas ancestral usado por essas espanãcies para conduzir o processo de regeneração", disse Shubin. "Isso nos ajudara¡ a descobrir quais partes desse kit de ferramentas nós, como humanos, perdemos, nonívelgenanãtico e celular e, mais importante, quais partes podemos recriar?"

 

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