Mecanismo chave na troca de células-tronco identificado

As células-tronco podem se diferenciar para substituir células mortas e danificadas. Mas como é que as células estaminais decidem que tipo de célula se tornarão numa determinada situação? Utilizando organoides intestinais, o grupo de Bon-Kyoung Koo do IMBA e do Instituto de Ciências Básicas identificou um novo gene, Daam1, que desempenha um papel essencial, ativando o desenvolvimento de células secretoras no intestino.

Esta descoberta, publicada em 24 de novembro em Avanços da Ciênciaabre novas perspectivas na pesquisa do câncer.

Os nossos corpos são, em alguns aspectos, como os carros – para continuarem a funcionar, precisam de ser verificados e reparados regularmente. No caso do nosso corpo, quaisquer células danificadas ou mortas precisam ser substituídas para manter os órgãos funcionando. Essa substituição ocorre graças às células-tronco adultas residentes nos tecidos.

Em contraste com as células estaminais embrionárias, que podem formar qualquer tipo de célula no corpo, as células estaminais adultas apenas formarão os tipos de células encontrados no tecido a que pertencem. Mas como é que as células estaminais específicas do tecido sabem que tipo de célula dar origem?

Gabriele Colozza, pesquisadora de pós-doutorado no laboratório de Bon-Kyoung Koo no IMBA – agora diretora do Centro de Engenharia do Genoma, Instituto de Ciências Básicas da Coreia do Sul – decidiu investigar essa questão usando células-tronco intestinais.

Intestinos – um canteiro de obras constante

“No nosso intestino, as células estão expostas a condições extremas”, explica Colozza. O desgaste mecânico, mas também as enzimas digestivas e os valores variados de pH afetam as células intestinais. Por sua vez, as células-tronco da mucosa intestinal se diferenciam para formar novas células intestinais.

“As células danificadas têm de ser substituídas, mas existe um equilíbrio delicado entre a renovação das células estaminais e a diferenciação noutros tipos de células: a proliferação descontrolada de células estaminais pode levar à formação de tumores; por outro lado, se demasiadas células estaminais se diferenciarem, o tecido irá ficar sem células-tronco e, em última análise, incapaz de se auto-renovar.”

Este equilíbrio é delicadamente ajustado por vias de sinalização e ciclos de feedback, que permitem que as células se comuniquem umas com as outras. Um caminho importante é chamado Wnt. A via Wnt é conhecida pelo seu papel no desenvolvimento embrionário e, se não for controlada, uma via Wnt hiperativa pode levar à divisão celular excessiva e à formação de tumores.

Parceiro molecular identificado

Um antagonista bem conhecido da sinalização Wnt – mantendo o Wnt sob controle – é o Rnf43, que foi originalmente identificado por Bon-Kyoung Koo. Antes deste estudo, sabia-se que o Rnf43 tinha como alvo o receptor Wnt Frizzled e o marcava para degradação.

“Queríamos saber como funciona o Rnf43 e também o que, por sua vez, controla o Rnf43 e o ajuda a regular a sinalização Wnt”. A partir de pesquisas anteriores, os cientistas sabiam que o Rnf43 por si só não era suficiente para quebrar o receptor Wnt Frizzled, que fica na membrana plasmática.

“Em nosso projeto, utilizamos ensaios bioquímicos para identificar quais proteínas interagem com o Rnf43”. Um parceiro chave do Rnf43 acabou sendo a proteína Daam1.

Para entender como o Daam1 regula o Rnf43 e afeta os tecidos em que atua, Colozza recorreu aos organoides intestinais.

“Descobrimos que Daam1 é necessário para que Rnf43 esteja ativo, portanto, para que Rnf43 regule a sinalização Wnt. Trabalhos adicionais em células mostraram que Rnf43 precisa de Daam1 para mover o receptor Wnt Frizzled para vesículas chamadas endossomos. Dos endossomos, Frizzled é transportado para nos lisossomos onde é degradado, amortecendo a sinalização Wnt”, acrescenta Colozza.

Organóides intestinais são culturas celulares tridimensionais cultivadas a partir de células-tronco intestinais adultas, permitindo aos pesquisadores imitar a mucosa intestinal.

Para Colozza, os organoides foram uma oportunidade para entender como o Rnf43 e o Daam1 afetam o delicado equilíbrio da renovação e diferenciação das células-tronco no intestino. “Descobrimos que quando eliminamos Rnf43 ou Daam1, os organoides crescem em estruturas semelhantes a tumores. Esses organoides semelhantes a tumores continuam crescendo, mesmo se retirarmos os fatores de crescimento dos quais geralmente dependem, como a R-espondina.”

Ativando a formação de células Paneth

Quando Colozza acompanhou esse resultado em tecido de camundongo, os pesquisadores tiveram uma surpresa.

“Quando o Rnf43 estava faltando, os intestinos desenvolveram tumores, como esperado. Mas quando o Daam1 estava faltando, nenhum tumor cresceu. Ficamos intrigados com esta diferença marcante: como pode a perda de fatores na mesma via, que se comportam de forma semelhante nos organoides, levar para resultados tão diferentes?”

Olhando atentamente para os intestinos, Colozza viu que os intestinos sem Rnf43 estavam cheios de um tipo específico de células secretoras, as células de Paneth. Os intestinos sem Daam1, por outro lado, não continham células extras de Paneth. As células de Paneth secretam fatores de crescimento, como Wnt, que estimulam a divisão celular.

“Daam1 é necessário para a formação eficiente de células de Paneth. Quando Daam1 está ativo, as células-tronco se diferenciam para formar células de Paneth. Quando Daam1 não está ativo, as células-tronco se diferenciam em outro tipo de célula.”

Tumores modificam seu nicho para crescer

Esta ligação entre os resultados moleculares e as células de Paneth explica a intrigante diferença entre intestinos e organoides.

“Na cultura organoide, nós, cientistas, fornecemos fatores de crescimento, de modo que o nocaute de Rnf43 e Daam1 leva a organoides semelhantes a tumores. Mas no intestino, não há nenhum pequeno cientista fornecendo fatores de crescimento. Em vez disso, as células Paneth fornecem fatores de crescimento, como Wnt e criar as condições certas para as células-tronco sobreviverem e se dividirem.”

“Quando faltam células de Paneth – como quando Daam1 não está ativo para fazer com que as células se tornem células de Paneth – as células-tronco não se dividem muito. Mas quando há muitas células de Paneth – como em intestinos sem Rnf43 – os fatores de crescimento excessivos podem contribuir para a formação de tumores.”

O estudo de Colozza e colegas é a primeira prova genética de que Daam1, um membro da via Wnt não canônica, é importante para especificar células de Paneth e está diretamente envolvido no desenvolvimento desta célula secretora crucial. Os resultados também esclarecem a importância do nicho de células-tronco. “Mostramos que as células tumorais modificam o seu microambiente e influenciam o seu ambiente de suporte para que possam crescer melhor”.

Fornecido pelo Instituto de Biotecnologia Molecular da Academia Austríaca de Ciências