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TRANSDIFERENCIAÇÃO: Produzindo Neurônios a Partir de Células Adultas

TRANSDIFERENCIAÇÃO: Produzindo Neurônios a Partir de Células Adultas

Edição Vol. 2, N. 1, 01 de Outubro de 2014

DOI: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2014.09.29.006

Imagine só produzir neurônios a partir de células da pele, ou do osso, ou de qualquer outro órgão da mesma pessoa para tratamento da doença de Alzheimer, caso ela tenha? Podemos até pensar de outra forma, que tal, a partir de células da pele produzir células do fígado para tratamento da hepatite? Ah, você não tem mal de Alzheimer e nem doença hepática? Mas é cardiopata ou já teve infarto? Então, podemos produzir células cardíacas a partir de sua pele!

Como se ganhando velocidade em direção a algum destino incerto, mas acessível, novas possibilidades têm sido verificadas possíveis de serem realizadas para a efetivação da terapia celular. Nosso grupo e o grupo do Prof. Dr Marius Wernig na Universidade de Stanford, no estado da Califórnia, EUA, demonstra ser possível a converção de fibroblastos (células da pele humana) em neurônios maduros funcionais, evitando o estágio de células-tronco pluripotentes induzíveis (iPS) (1). A realização nos dá motivo para otimismo, mas também alerta para os desafios que temos pela frente.

O estudo vem na esteira de um marco notável já alcançado recentemente pelo laboratório Wernig. Em janeiro de 2010 o grupo converteu, com êxito, células adultas da pele que tinham obtido a partir de camundongos para neurônios (1). Por incrível que pareça, foram necessários apenas três genes para a conversão: Asc11, Brn2 e Mytl1. Carinhosamente conhecido como “BAM”, esses três genes estavam entre um grupo de candidatos que se sabia serem capazes em induzir a diferenciação de células-tronco em neurônios. Eles ligaram os genes BAM em vetores virais e infectaram as células da pele e, em questão de dias, foram obtidos neurônios. Foi a primeira vez que as células da pele foram convertidas em neurônios em laboratório. O processo de reprogramação seguiu um protocolo que é cada vez mais usado para converter as células da pele para outros tipos de células (2, 3). Conhecido como transdiferenciação, o procedimento ignora a prática até então comum de primeiramente induzir a célula madura em se desdiferenciar para células-tronco, que possuem capacidade de pluripotência, e vai segue para a diferenciação. Primeiramente, vamos esclarecer alguns fenômenos. A diferenciação é o processo natural em que uma célula indiferenciada, ou célula-tronco, após estímulos adequados são induzidas a se diferenciarem em células tecido-específicas, tornando-se células adultas diferenciadas. Estas células podem ser induzidas, artificialmente a se desdiferenciarem, tornando-se células indiferenciadas, ou células-tronco novamente. Já na transdiferenciação, uma célula adulta de um tecido torna-se outra célula adulta de outro tecido sem, contudo, se desdiferenciar tornando-se células-tronco. A conquista da reprogramação em células de camundongos define o cenário para uma tentativa com células humanas (4).

O grupo de Wernig derivou células da pele a partir de tecido fetal abortado e dos prepúcios de recém-nascidos. Inicialmente, a combinação BAM parecia ter funcionado (4). Porém, após uma inspeção mais cuidadosa, as células da placa de cultura que pareciam neurônios eram incapazes de comunicação elétrica, que é a essência da função neuronal. Voltando para a prancheta, o grupo de Wernig selecionou outro gene envolvido com a diferenciação neuronal: outro fator de transcrição denominado NeuroD. Com este foi suficiente a transdiferenciação. Quatro a cinco semanas após a infecção, eles tinham uma placa de cultura com neurônios que expressavam as proteínas adequadas e funcionais, eram eletricamente ativos e formavam sinapses com outros neurônios. Quando estes neurônios, transdiferenciados a partir de pele de camundongos, foram plaqueados juntamente com neurônios humanos, sinapses interespécies foram formadas. A conversão triunfante de células humanas move o campo da medicina regenerativa a um passo de reposição de neurônios perdidos ou disfuncionais de maneira paciente-específica. O procedimento também pode permitir o estudo dos neurônios de pacientes com doenças neurológicas, como a doença de Parkinson ou Alzheimer.

Escapar da fase de iPS, como já mencionado anteriormente, tem várias vantagens. Por um lado, os fatores de transcrição que impulsionam a reprogramação também podem causar tumores. Pela desativação de genes antes que as células da pele, neste caso, sejam induzidas à completa pluripotência, o risco de geração de tumor é diminuído. Além disso, o procedimento baseado em iPS é trabalhoso e demorado. Outro grupo de pesquisa, agora do Instituto de Pesquisa Scripps (Scripps Research Institute), na Califórnia, EUA, converteu células da pele de camundongo em cardiomiócitos (células do coração) ativos. Evitando o estágio de iPS reduz o tempo de semanas para dias. Além disso, justificando a transdiferenciação somática direta em contraposisão à geração de iPS e, somente depois rediferencia-las, em trabalhos recentes, camudungos rejeitaram as células-tronco induzidas derivadas de células da pele de outro camundongo geneticamente idêntico. Acredita-se que a rejeição foi causada por fatores de transcrição utilizados para induzir as células iPS. Somado a isso, a geração de tumores baseados em iPS é uma questão que ainda está em voga. Esses são fatos para se considerar se, de fato, as células iPS específicas do paciente, um dia, serão um tratamento viável.

Houve diferenças entre os dois estudos da Wernig que destaca a maior complexidade de células humanas em relação às de camundongo e pode pressagiar uma estrada desafiadora ao tratamento. Como já foi observado, para se induzir a célula da pele humana em um neurônio foi requerido um quarto gene adicional. Outra diferença foi a eficiência da reprogramação. Apenas 2 a 4 por cento das células da pele humana tornaram-se neurônios. Isso é cerca de 8% da eficiência que foi obtida durante a mesma conversão usando células de camundongo (1). Uma vantagem que, à princípio soa como desvantagem, é o fato de que quase todos os neurônios humanos produzidos comunicam-se com um único neurotransmissor, o glutamato. Pensando-se que, só no cérebro existem mais de 100 diferentes neurotransmissores que medeiam as inúmeras sutilezas da função neuronal, o que seria uma dificuldade de padronização e direcionamento das células-tronco em se diferenciarem em neurônios específicos para estudo de doenças neurodegenerativas, como a doença de Huntington, neste caso o problema torna-se uma vantagem e uma solução. Além desta vantagem de produzir neurônios específicos para estudo do mal de Huntington, abrem-se possibilidades para o estudo de vias de diferenciação para neurônios específicos a partir de células-tronco adultas, ideais para terapia celular, que já é rotina em nossa rede de pesquisa.

Mais frequentemente na sociedade do que na ciência é comum superestimar o progresso no curto prazo, mas subestimar o progresso no longo prazo. É uma regra de ouro no laboratório que não importa quanto tempo você acha que vai demorar em terminar alguma coisa, normalmente leva-se o triplo do tempo, ao menos nos países em desenvolvimento que tem que importar a maioria dos reagentes necessários. Mas pesquisadores de células-tronco parecem ignorar a regra e completam seus objetivos tão rápido quanto nós, escritores de ciência podem descrevê-lo. Não foi há muito tempo em que as primeiras células adultas foram induzidas com sucesso em células-tronco pluripotentes, o que ocorreu em 2006 e rendeu o prêmio Nobel em 2012 (5-7) (veja mais em http://www.nanocell.org.br/a-reprogramacao-nuclear-na-inducao-de-pluripotencia/ e http://www.nanocell.org.br/100-de-obtencao-de-celulas-tronco-pluripotentes-induziveis/). Mas nos cinco anos após a primeira demonstração realizada em camundongos, o campo das iPS está, aos poucos, sendo sucedido pelo campo da transdiferenciação, que agora está seguindo a frente com uma torrente de seu próprio impulso. Em pouco tempo já conseguiram realizar a transdiferenciação das células da pele em células do coração, do sangue e do fígado, demonstrando que é possível realizar a transdiferenciação de células adultas originárias de distintos folhetos embrionários.

Nesta linha, nosso objetivo é realizar a transdiferenciação de osteoblastos em neurônios, cujos caminhos podem ser interconvertidos para as outras linhas de pesquisa relacionadas com a bioengenharia de tecido osso e neural. Além de avaliar quais os tipos de neurônios que serão produzidos, em relação aos neurotransmissores. Estudando-se essas vias podemos aplicar as mesmas induções e/ou restrições para células-tronco mesenquimais induzindo a diferenciação delas em neurônios de tipos particulares para tratamento de doenças neurodegenerativas, no caso, as doenças de Alzheimer, Parkinson e de Huntington (8, 9). O que abrirá novas possibilidades inclusive para estudos com iPS.

Referências

1. Vierbuchen T, Ostermeier A, Pang ZP, Kokubu Y, Sudhof TC, Wernig M. Direct conversion of fibroblasts to functional neurons by defined factors. Nature. 2010 Feb 25;463(7284):1035-U50. PubMed PMID: ISI:000275108400027. English.

2. Xue Y, Ouyang K, Huang J, Zhou Y, Ouyang H, Li H, et al. Direct conversion of fibroblasts to neurons by reprogramming PTB-regulated microRNA circuits. Cell. 2013 Jan 17;152(1-2):82-96. PubMed PMID: 23313552. Pubmed Central PMCID: 3552026. Epub 2013/01/15. eng.

3. Kim J, Efe JA, Zhu S, Talantova M, Yuan X, Wang S, et al. Direct reprogramming of mouse fibroblasts to neural progenitors. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 May 10;108(19):7838-43. PubMed PMID: 21521790. Pubmed Central PMCID: 3093517. Epub 2011/04/28. eng.

4. Yang N, Ng YH, Pang ZPP, Sudhof TC, Wernig M. Induced Neuronal Cells: How to Make and Define a Neuron. Cell Stem Cell. 2011 Dec 2;9(6):517-25. PubMed PMID: ISI:000297895000012. English.

5. Tonelli FM, Resende RR. A Reprogramação Nuclear na Indução de Pluripotência. Nanocell News. 2013 10/30/2014;1(2). Epub 10/30/2014.

6. Parreira RC, Souza BR, Resende RR. 100% de Obtenção de Células-Tronco Pluripotentes Induzíveis. Nanocell News. 2013 10/30/2014;1(2). Epub 10/30/2014.

7. Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell. 2006 Aug 25;126(4):663-76. PubMed PMID: 16904174. Epub 2006/08/15. eng.

8. Qiang L, Fujita R, Yamashita T, Angulo S, Rhinn H, Rhee D, et al. Directed Conversion of Alzheimer’s Disease Patient Skin Fibroblasts into Functional Neurons. Cell. 2011 Aug 5;146(3):359-71. PubMed PMID: ISI:000293570500011. English.

9. Caiazzo M, Dell’Anno MT, Dvoretskova E, Lazarevic D, Taverna S, Leo D, et al. Direct generation of functional dopaminergic neurons from mouse and human fibroblasts. Nature. 2011 Aug 11;476(7359):224-7. PubMed PMID: 21725324. Epub 2011/07/05. eng.

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