Durante o desenvolvimento, as células proliferam e se diferenciam para permitir que os órgãos atinjam sua arquitetura funcional final 1 . À medida que as células se desenvolvem para atingir seu estado maduro, elas respondem a várias pistas extrínsecas fornecidas pelo microambiente circundante e adquirem um destino que pode ser determinado pela sua localização em um tecido. Mas pouco se sabe sobre como essas sugestões determinam alterações intracelulares, como a transcrição ou a diferenciação, ou como a arquitetura do tecido e os rearranjos celulares podem, por sua vez, afetar o destino das células. Escrevendo na Nature , Mamidi et al. 2fornecer informações sobre como a localização da célula e a exposição a certas sugestões externas podem afetar se as células do pâncreas em desenvolvimento dão origem a células beta que produzem a proteína da insulina. Deficiências em células produtoras de insulina podem levar ao diabetes, portanto, um melhor entendimento de como essas células se formam poderia ter implicações clínicas.
Assim como o hormônio insulina, que tem um papel essencial na regulação dos níveis de glicose no sangue 3 , o pâncreas produz enzimas digestivas. O órgão se desenvolve por um processo complexo de etapas que dá origem a muitos tipos de células 3 , 4 . As células pancreáticas embrionárias, também denominadas células progenitoras, expressam inicialmente o fator de transcrição PDX1 e podem gerar todos os tipos celulares encontrados no pâncreas 3 , 5 . Quando o pâncreas começa a se formar, essas células progenitoras são segregadas em domínios que dão origem a linhagens celulares específicas 5 .
Um domínio forma as células que produzem enzimas digestivas, e o outro domínio, denominado domínio do tronco, se desenvolve a partir de células denominadas progenitoras pancreáticas bipotentes (bi-PPs) que podem originar dois tipos de células (Fig. 1), células do ducto pancreático e células produtoras de hormônios 4 , 5 . Uma característica das células bi-PP que se diferenciam em células produtoras de hormônios 3 , 4 , como as células β, é a expressão do fator de transcrição NGN3.
Mamidi e seus colegas investigaram o que determina o tipo de célula que se desenvolve a partir de uma célula bi-PP. Eles usaram sistemas experimentais que incluíram modelos in vivo de camundongos e estudos in vitro de culturas de órgãos e células-tronco embrionárias humanas que se diferenciaram para formar células pancreáticas.
Em alguns dos estudos in vitro , os autores usaram lâminas de vidro micropatterned para restringir a localização e forma das regiões às quais as células-tronco poderiam anexar e, portanto, crescer. Isso revelou que as células confinadas a um espaço limitado eram mais propensas a se diferenciar em células produtoras de hormônios, e que as células que poderiam se espalhar por uma grande área tinham menor probabilidade de formar esse tipo de célula.
Como as diferenças na forma celular podem afetar o destino das células? Os autores testaram se a proteína YAP1 poderia estar envolvida. O YAP1 é um componente da cascata de sinalização de hipopótamos, que controla o tamanho dos órgãos e pode funcionar como um sensor da forma celular e um mediador das respostas celulares aos estímulos mecânicos 6 . Nas células cultivadas em uma superfície micro-modelada, o espalhamento celular foi associado com atividade nuclear sustentada de YAP1 e baixos níveis de PDX1 e NGN3, enquanto o confinamento celular correspondeu a baixos níveis de YAP1 no núcleo e altos níveis de PDX1 e NGN3. Os autores então projetaram camundongos que não possuem YAP1 em suas células progenitoras pancreáticas. O número de células que expressam insulina nesses animais foi maior do que em camundongos que tinham expressão YAP1 normal, fornecendo in vivoresultados consistentes com o seu trabalho in vitro .
Mamidi et al. procuraram definir os alvos a jusante de YAP1 nas células progenitoras pancreáticas. Eles descobriram que YAP1 regula a via de sinalização que é mediada pela proteína Notch, e também que YAP1 reprime diretamente a transcrição do gene que codifica NGN3.
Os autores também queriam entender o caminho a montante do YAP1. Como uma sugestão extracelular regula YAP1 e faz a mesma sugestão provocar a geração de células produtoras de hormônios? Mudanças no arranjo da proteína actina nas células podem afetar a atividade da YAP1 e causar mudanças na forma da célula 6 . Utilizando células-tronco embrionárias humanas que se diferenciaram em células pancreáticas e tecido pancreático de camundongo crescido in vitro , Mamidi et al.mostraram que o bloqueio da montagem de actina em filamentos resultou em células com uma área de superfície reduzida, baixos níveis de YAP1 nuclear e altos níveis de NGN3, em comparação com células nas quais a montagem de actina filamentosa não foi perturbada. Resta determinar exatamente como a regulação de actina converge em uma via de sinalização mediada por YAP1 para controlar o destino das células.
O aspecto mais interessante do trabalho de Mamidi e colegas é, sem dúvida, a descoberta de que a atividade de YAP1 em uma célula responde a estímulos externos do microambiente pancreático que afetam a montagem de filamentos de actina. Para investigar como tais sinais externos podem afetar a actina e a YAP1, os autores focaram nas proteínas integrina e FAK, que funcionam em uma “encruzilhada” entre a actina filamentosa e o microambiente circundante. Essas proteínas podem mediar as interações entre as células e o material da matriz extracelular em seus arredores 6. Os autores relatam que um alto nível de integrina-α5 em células de camundongos ou humanas se correlaciona com células que estão em um estado de bi-PP ou células que são progenitoras de dutos, enquanto baixos níveis dessa integrina estão associados à formação de células produtoras de hormônios . Integrina-α5 e integrina-β1 podem formar um receptor para a proteína extracelular fibronectina 7 ; portanto, uma mudança na expressão da integrina pode afetar a capacidade de uma célula progenitora pancreática de responder ao ambiente extracelular de uma maneira que afeta o destino celular.
Os estudos dos autores de mouse e células humanas mostram que a presença de fibronectina extracelular promove a disseminação celular, enquanto a exposição a uma proteína da matriz extracelular chamada laminina inibe a disseminação e é acompanhada por uma redução no nível de integrina-α5 e no nível de YAP1 no núcleo. Talvez exista uma alça de retroalimentação baseada na sinalização entre o material de matriz extracelular e os receptores da integrina nos quais as células progenitoras pancreáticas que estão expostas à laminina têm baixa expressão de integrina-α5, perdem a capacidade de responder à fibronectina e se desenvolvem em células produtoras de insulina. Mas como a matriz extracelular pode controlar a expressão da integrina é uma questão em aberto.
Mamidi et al. sugerem que as regiões de diferentes composições de matriz extracelular no microambiente do pâncreas em desenvolvimento podem exercer diferentes efeitos nas células progenitoras, influenciando assim o destino das células. Os autores caracterizaram a distribuição de fibronectina e laminina no pâncreas de rato em desenvolvimento e observaram que as células que se desenvolverão em células produtoras de insulina são mais comumente encontradas em associação com a laminina do que com a fibronectina. No entanto, estas c�ulas produtoras de insulina em desenvolvimento tamb� est� expostas a alguma fibronectina, sugerindo que as c�ulas podem ter de responder a gradientes complexos de material de matriz extracelular in vivo .
A análise dos autores das interações entre a matriz extracelular e as células através de “instantâneos” estáticos do processo oferece um valioso ponto de partida. No entanto, seria ainda melhor entender a dinâmica das interações no tempo e no espaço em um contexto in vivo , dado que a deposição de material de matriz extracelular e posições celulares mudam constantemente durante o desenvolvimento. Também seria fascinante descobrir quais células depositam o material extracelular que envolve o pâncreas em desenvolvimento.
O trabalho de Mamidi e colegas pode ter implicações diretas nos esforços para gerar células-β para terapias de substituição celular para tratar o diabetes. O estudo sugere vias de investigação para melhorar as estratégias usadas para persuadir células-tronco embrionárias humanas a se diferenciarem em células produtoras de insulina 8
Fonte: Nature
