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Os fibroblastos da pele foram reprogramados com sucesso em células musculares lisas (vermelhas) e células endoteliais (brancas) que circundam os vasos sanguíneos. Os núcleos das células são mostrados em azul. Crédito: Bersini, Schulte et al. CC por 4,0
O estudo de Salk é o primeiro a revelar como as células do sistema circulatório humano mudam com a idade e com doenças relacionadas à idade.
Os cientistas da Salk usaram células da pele chamadas fibroblastos de pacientes jovens e idosos para criar com sucesso células de vasos sanguíneos que retêm seus marcadores moleculares de idade. A abordagem da equipe, descrita na revista e-Vida em 8 de setembro de 2020, revelou pistas sobre por que os vasos sanguíneos tendem a vazar e endurecer com o envelhecimento, e permite que os pesquisadores identifiquem novos alvos moleculares para potencialmente retardar o envelhecimento nas células vasculares.
“A vasculatura é extremamente importante para o envelhecimento, mas o seu impacto tem sido subestimado porque tem sido difícil estudar como estas células envelhecem”, diz Martin Hetzer, autor sénior do artigo e vice-presidente e diretor científico da Salk.
A investigação sobre a vasculatura do envelhecimento tem sido dificultada pelo facto de a recolha de células dos vasos sanguíneos dos pacientes ser invasiva, mas quando as células dos vasos sanguíneos são criadas a partir de células estaminais especiais chamadas células estaminais pluripotentes induzidas, as alterações moleculares relacionadas com a idade são eliminadas. Assim, a maior parte do conhecimento sobre como as células dos vasos sanguíneos envelhecem vem de observações de como os próprios vasos sanguíneos mudam ao longo do tempo: veias e artérias tornam-se menos elásticas, espessando-se e enrijecendo. Essas alterações podem contribuir para o aumento da pressão arterial e para um risco aumentado de doenças cardíacas com a idade.
A partir da esquerda: Martin Hetzer e Simone Bersini. Crédito: Instituto Salk
Em 2015, Hetzer fez parte da equipe liderada pelo presidente da Salk, Rusty Gage, para mostrar que os fibroblastos poderiam ser reprogramados diretamente em neurônios, ignorando o estágio de células-tronco pluripotentes induzidas que apagava as assinaturas de envelhecimento das células. As células cerebrais resultantes mantiveram os seus marcadores de idade, permitindo aos investigadores estudar como os neurónios mudam com a idade.
No novo trabalho, Hetzer e seus colegas aplicaram a mesma abordagem de conversão direta para criar dois tipos de células da vasculatura: as células endoteliais vasculares, que constituem o revestimento interno dos vasos sanguíneos, e as células musculares lisas que circundam essas células endoteliais.
“Estamos entre os primeiros a utilizar esta técnica para estudar o envelhecimento do sistema vascular”, diz Roberta Schulte, coordenadora do laboratório Hetzer e coautora do artigo. “A ideia de desenvolver esses dois tipos de células a partir de fibroblastos já existia, mas ajustamos as técnicas para atender às nossas necessidades.”
Os pesquisadores usaram células da pele coletadas de três doadores jovens, com idades entre 19 e 30 anos, três doadores mais velhos, de 62 a 87 anos, e 8 pacientes com síndrome de progéria de Hutchinson-Gilford (HGPS), um distúrbio de envelhecimento prematuro acelerado frequentemente usado. estudar o envelhecimento.
As células endoteliais vasculares induzidas (iVECs) e células musculares lisas induzidas (iSMCs) resultantes mostraram assinaturas claras de idade. 21 genes foram expressos em diferentes níveis nas iSMCs de idosos e jovens, incluindo genes relacionados à calcificação dos vasos sanguíneos. Nove genes foram expressos de forma diferente de acordo com a idade nos iVECs, incluindo genes relacionados à inflamação. Em pacientes com HGPS, alguns genes refletiam os mesmos padrões de expressão normalmente observados em pessoas mais velhas, enquanto outros padrões eram únicos. Em particular, os níveis de proteína BMP-4, que é conhecida por desempenhar um papel na calcificação dos vasos sanguíneos, foram ligeiramente mais elevados nas células envelhecidas em comparação com as células mais jovens, mas mais significativamente mais elevados nas células musculares lisas de pacientes com progéria. Isto sugere que a proteína é particularmente importante no envelhecimento acelerado.
Os resultados não apenas sugeriram como e por que os vasos sanguíneos mudam com a idade, mas confirmaram que o método de conversão direta de criação de células endoteliais vasculares e musculares lisas a partir de fibroblastos de pacientes permitiu que as células retivessem quaisquer alterações relacionadas à idade.
“Uma das maiores implicações teóricas deste estudo é que agora sabemos que podemos estudar longitudinalmente um único paciente durante o envelhecimento ou durante o tratamento e estudar como a sua vasculatura está mudando e como poderemos atingir isso”, diz Simone Bersini, pós-doutoranda da Salk e coautora do artigo.
Para testar a utilidade das novas observações, os investigadores testaram se o bloqueio da BMP4 – que estava presente em níveis mais elevados nas células musculares lisas desenvolvidas em pessoas com HGPS – poderia ajudar a tratar o envelhecimento dos vasos sanguíneos. Nas células musculares lisas de doadores com doença vascular, os anticorpos que bloqueiam a BMP4 diminuíram os níveis de vazamento vascular – uma das alterações que ocorre nos vasos com o envelhecimento.
As descobertas apontam para novos alvos terapêuticos para o tratamento da progéria e das alterações normais relacionadas com a idade que podem ocorrer no sistema vascular humano. Eles também ilustram que a conversão direta de fibroblastos em outros tipos de células maduras – anteriormente bem-sucedidas em neurônios e, agora, em células vasculares – é provavelmente útil para estudar uma ampla gama de processos de envelhecimento no corpo.
“Ao repetir o que foi feito com os neurônios, demonstramos que essa reprogramação direta é uma ferramenta poderosa que provavelmente pode ser aplicada a muitos tipos de células para estudar mecanismos de envelhecimento em todos os tipos de outros tecidos humanos”, diz Hetzer, titular do Jesse e presidente da Fundação Caryl Philips.
A equipe está planejando estudos futuros para investigar os mecanismos moleculares exatos pelos quais alguns dos genes que eles descobriram mudar com a idade controlam as mudanças observadas na vasculatura.
Referência: “A reprogramação direta do músculo liso humano e das células endoteliais vasculares revela defeitos associados ao envelhecimento e à síndrome de progéria de Hutchinson-Gilford” por Simone Bersini, Roberta Schulte, Ling Huang, Hannah Tsai e Martin W Hetzer, 8 de setembro de 2020, e-Vida.
DOI: 10.7554/eLife.54383
Outros pesquisadores do estudo foram Ling Huang e Hannah Tsai de Salk. O trabalho foi apoiado por doações da Instituto Nacional de Saúde, a Fundação NOMIS e um prêmio da Iniciativa AHA-Allen em Saúde Cerebral e Deficiência Cognitiva concedido em conjunto pela American Heart Association e pelo Paul G. Allen Frontiers Group. Simone Bersini foi apoiada pelo Centro Paul F. Glenn de Pesquisa em Biologia do Envelhecimento do Instituto Salk.