Tecnologia Científica

Como as células-tronco escolhem suas carreiras
Um artigo que descreve essa pesquisa aparece na revista eLife . O aluno de pós-graduação Shashank Gandhi é o primeiro autor do artigo.
Por Lori Dajose - 28/10/2020


As células da crista neural (roxo / magenta / laranja) são incapazes de migrar através de um canal de laminina bloqueado (ciano) causado por uma redução na sinalização Wnt no lado direito do tubo neural dorsal. Crédito: Gandhi et al., ELife, 2020

"O que você quer ser quando crescer?" é uma pergunta que parece que toda criança faz. Alguns poucos precoces podem responder "um médico" ou "um astronauta", mas a maioria provavelmente sorrirá e encolherá os ombros. Mas muito antes que uma criança pudesse compreender a questão ou o conceito de escolher seu próprio caminho na vida - enquanto eles eram um embrião, na verdade - as próprias células-tronco da criança estavam se perguntando a mesma coisa. As células-tronco são células que ainda não escolheram um destino especializado, como se tornar um neurônio ou glóbulo branco. Em algum ponto, cada célula-tronco decide o que será quando "crescer", e essas decisões são momentos críticos no desenvolvimento de qualquer organismo.

No laboratório de Marianne Bronner , Albert Billings Ruddock Professor de Biologia e Engenharia Biológica, os pesquisadores se concentram em uma população particular de células-tronco, chamada de crista neural, que é encontrada ao longo do eixo cabeça-cauda do organismo. Essas células têm a capacidade de se diferenciar em músculo cardíaco, partes do esqueleto facial e outros tipos de tecido. Agora, usando embriões de galinha, uma equipe de pesquisadores do laboratório Bronner descobriu como um gene chamado Hmga1 ajuda a formação de células da crista neural no embrião inicial.

Um artigo que descreve essa pesquisa aparece na revista eLife . O aluno de pós-graduação Shashank Gandhi é o primeiro autor do artigo.

Cada célula de um embrião em desenvolvimento contém uma cópia de todo o genoma do organismo - uma enorme quantidade de informações na forma de material genético. O genoma contido em cada célula é o manual de instruções completo para construir e manter a função de todo o organismo. Neste manual de instruções, há capítulos de genes, como "Como se tornar um neurônio" e "Então você quer ser um músculo".

Dependendo do que a célula escolher, ela deve seguir uma programação e processos específicos.

A proteína HMGA1 (codificada pelo gene Hmga1 ) ajuda a célula a iniciar esses processos, ligando ou desligando vários outros genes conforme necessário. Nesta nova pesquisa, a equipe descobriu que o HMGA1 desempenha dois papéis exclusivos em diferentes pontos do desenvolvimento do embrião.

Primeiro, a equipe descobriu que HMGA1 é necessário para controlar a expressão de um gene chamado Pax7 , que, o laboratório de Bronner havia mostrado anteriormente, é necessário para a formação de células da crista neural; sem esse gene, as células se transformam em células do sistema nervoso central.

Depois de se formarem, as células da crista neural precisam ser capazes de migrar da linha central do corpo onde se originam, chamada de tubo neural, para outras partes do embrião, como o coração e o rosto. Neste novo estudo, a equipe descobriu que HMGA1 também regula um gene chamado Wnt1 , que é conhecido por controlar a capacidade das células da crista neural de se separarem corretamente do tubo neural para iniciar sua migração.

Tomados em conjunto, os resultados sugerem que o HMGA1 tem um papel duplo nas células-tronco: ele orquestra tanto a formação de células da crista neural quanto o início da migração da crista neural.

Curiosamente, embora esta pesquisa mostre que o Hmga1 é necessário para o desenvolvimento embrionário saudável, o gene foi separadamente implicado em cânceres como melanoma e neuroblastoma. "Muitos dos genes que são ativados no desenvolvimento são redistribuídos no câncer de forma anormal", diz Bronner, que também é diretor do Instituto Beckman da Caltech. "Vimos que o processo pelo qual as células da crista neural se tornam migratórias é, na verdade, semelhante a como as células cancerosas sofrem metástases."

"Quando essas coisas dão errado, você obtém defeitos de nascença", diz Bronner. "O que eu acho tão fascinante é que o embrião é um sistema de automontagem. Estudar fatores como HMGA1 é empolgante porque é possível que pequenas mutações nesses fatores em estágios iniciais sejam suficientes para alterar o equilíbrio e causar problemas para o adulto pessoa em um futuro distante. O sistema é robusto e pode se autocorrigir e o embrião ainda pode se desenvolver, mas talvez essa pessoa seja mais propensa a desenvolver melanoma ou outros tipos de câncer. É complicado, mas apenas porque não entendemos totalmente. Cada pequena peça de pesquisa contribui para completar o quebra-cabeça. "

"O que acho incrível sobre este sistema específico é que o embrião desenvolveu uma maneira de usar o mesmo gene para fazer duas funções distintas, que são igualmente importantes para o desenvolvimento da crista neural", diz Gandhi. "Nossas descobertas não seriam possíveis sem a tecnologia e colaboração com o Single Cell Profiling and Engineering Center do Beckman Institute."

Gandhi observa que este artigo começou como parte de um projeto de bolsa de estudos de graduação de verão (SURF) para Krystyna Maruszko, que também é capitã do time de vôlei feminino do Caltech. "Krystyna era apenas uma caloura quando começou a trabalhar neste projeto. Ela conseguiu um SURF duas vezes e até trabalhou duro no laboratório durante o ano letivo, e agora temos uma bela história científica que saiu do projeto", diz ele . "O programa Caltech SURF é uma oportunidade incrível e incentivo todos os alunos de graduação a aproveitá-lo durante seu tempo aqui na Caltech."

O artigo é intitulado "Função bimodal do remodelador de cromatina Hmga1 na indução da crista neural e emigração dependente de Wnt." Além de Gandhi, Maruszko e Bronner, os coautores são pesquisadora associada sênior de pós-doutorado Erica Hutchins, Técnico de Pesquisa Associate Jong Park e Professor Assistente de Biologia Computacional Matthew Thomson . Bronner e Thomson são membros do corpo docente afiliados ao Tianqiao and Chrissy Chen Institute for Neuroscience da Caltech . O financiamento foi fornecido pelo National Institutes of Health e pela American Heart Association.

 

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