Mundo

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 fenômeno 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 Guimarães do Schneider Lab

Para a maioria dos vertebrados, perder um membro é permanente, mas algumas poucas espécies de sorte - como salamandras e girinos - têm a capacidade de regenerar completamente partes complexas do corpo. Compreender os mecanismos moleculares subjacentes a esse fenômeno 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 Pará explora essa capacidade regenerativa nas caudas de peixes pulmonados da África Ocidental pela primeira vez e descobre que o processo compartilha muitas das mesmas. características como regeneração da cauda em salamandras. Seus resultados indicam que esse traço 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 pós-doutorado no Shubin Lab em UChicago. Após concluir seu pós-doutorado em biologia evolutiva , Igor Schneider, Ph.D., aceitou um cargo de professor em Belém, Brasil, onde encontrou a diversidade da floresta amazônica ao seu alcance. Ele se interessou em explorar traços 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 espécies 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 Biológicas da Universidade Federal do Pará e professor associado visitante de Biologia Organismal em UChicago. "Vértebras, medula espinhal, músculo, é uma estrutura muito complexa. Mamíferos, pássaros e a maioria dos répteis não podem regenerar tecidos assim, mas as salamandras podem. Nós 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 mamíferos ou as salamandras tiveram a sorte de inventá-lo mais tarde? "

Uma maneira de responder a essa pergunta é determinar se a característica existia ou não no ancestral comum entre humanos e salamandras. Para fazer isso, os pesquisadores adotaram uma abordagem filogenética, procurando por parentes adicionais que possuam uma característica regenerativa semelhante. Os peixes pulmonados são únicos por serem "nossos primos peixes mais próximos", disse Schneider. “Eles podem regenerar suas caudas, mas também são nossos parentes mais próximos na água. 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 árvore filogenética. "
 
O peixe pulmonar representa um modelo ideal por mais de um motivo. "Esses animais têm a anatomia certa para estudar esta questão e 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 espécies comuns que têm habilidades regenerativas, como o peixe-zebra. Por exemplo, os peixes pulmonados têm um úmero na nadadeira, assim como o osso em nossos braços. Eles têm pulmões semelhantes aos nossos. Há um conjunto de características sugerindo que esses animais são muito mais próximos a nós do 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 genética do animal e testar novos anticorpos e técnicas em uma espécie totalmente nova.

O que eles descobriram foi que o peixe pulmonado da África Ocidental não só podia regenerar totalmente uma cauda perdida, mas que a regeneração usava mecanismos moleculares semelhantes ao recrescimento de membros visto em anfíbios. Isso inclui uma molécula de sinalização crítica, Shh, que desempenha um papel fundamental no crescimento e organização do cérebro e do corpo durante o desenvolvimento embrionário. Isso fornece suporte para a hipótese de que esse tipo de regeneração estava presente em um ancestral comum dessas espécies - 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 - até 40 vezes maiores que os de um ser humano - porque seus genomas contêm muitos elementos de DNA derivados de vírus, chamados transposons. Durante a regeneração, alguns desses genes são ativados, mas nós não Não sei se é apenas porque eles estão próximos de outros genes-chave neste processo, ou se é porque esses genes estão ativamente envolvidos na regeneração. Parte disso também foi observado na regeneração de anfíbios, então fica a questão de 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 ajudará a avançar no campo da medicina regenerativa. “Frequentemente, quando você tem modelos limitados, você tenta entender um processo muito bem em uma determinada espécie e então extrapola o que você aprende para outras espécies”, disse Schneider. "Mas você pode encontrar coisas que são exclusivas da espécie que está estudando e que nem sempre se aplicam a outros animais. Compreender fenômenos como a regeneração de uma forma comparativa, observando como outros organismos estão fazendo isso, pode nos ajudar a encontrar temas gerais na regeneração. "

Esclarecer ainda mais a evolução da regeneração de membros em peixes pulmonados e outras espécies, 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 espécies para conduzir o processo de regeneração", disse Shubin. "Isso nos ajudará a descobrir quais partes desse kit de ferramentas nós, como humanos, perdemos, no nível genético e celular e, mais importante, quais partes podemos recriar?"

 

.
.

Leia mais a seguir