Notícia

Estudo esclarece detalhes moleculares do desenvolvimento pulmonar

Fonte

Universidade da Pensilvânia

Data

sábado, 27 março 2021 06:35

Áreas

Biologia Celular e Molecular. Doenças Pulmonares. Pneumologia.

Pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade da Pensilvânia (UPenn), nos Estados Unidos, produziram um atlas molecular detalhado do desenvolvimento pulmonar, que deve ser uma referência fundamental em estudos futuros da biologia de mamíferos e de novos tratamentos para doenças, como a COVID-19, que afetam os pulmões.

Os pesquisadores, que publicaram seu estudo na revista Science, geraram um amplo atlas de tipos de células de pulmão de camundongos em desenvolvimento e adultos, medindo a expressão de genes em milhares de células pulmonares dos animais individuais ao longo da vida, cobrindo vários tipos de células e estágios de maturação. desde o desenvolvimento inicial no útero até a idade adulta. Analisando todos esses dados, eles previram milhares de interações de sinalização entre diferentes tipos de células no pulmão em desenvolvimento, confirmaram muitas delas com experimentos funcionais e identificaram várias células e reguladores moleculares que são criticamente importantes para o desenvolvimento normal do pulmão.

“Este estudo fornece informações básicas para orientar nossa compreensão de como a função pulmonar se desenvolve e como o período pós-natal inicial da vida é um período de rápido ajuste nos pulmões para otimizar a troca gasosa”, disse o Dr. Edward Morrisey, pesquisador e professor de Biologia Celular e do Desenvolvimento e diretor do Instituto de Biologia Pulmonar da Escola de Medicina da UPEnn.

O conjunto dos novos dados provavelmente será valioso no desenvolvimento de tratamentos futuros para problemas pulmonares no início da vida, incluindo desenvolvimento insuficiente do pulmão em bebês prematuros. Também pode acelerar a busca por melhores terapias para pneumonia e doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), duas das principais causas de morte em todo o mundo.

O estudo se concentrou amplamente nas etapas de desenvolvimento que levam à maturação dos alvéolos. Essas delicadas estruturas semelhantes a sacos nos pulmões contêm membranas finas e ricas em capilares que orquestram a troca de dióxido de carbono na corrente sanguínea por oxigênio no ar inalado. Existem centenas de milhões de alvéolos em um pulmão humano médio, e a área de superfície total de suas membranas de troca gasosa foi estimada como aproximadamente a mesma de uma quadra de tênis.

Muitas doenças humanas, desde o nascimento até a velhice, perturbam essas estruturas vitais. No entanto, os detalhes de como as células surgem e sinalizam umas para as outras para provocar a formação de alvéolos no início da vida permaneceram em grande parte misteriosos.

A equipe do Dr. Morrisey usou duas técnicas relativamente novas chamadas sequenciamento de RNA de célula única e sequenciamento de célula única ATAC para registrar a expressão e acessibilidade de genes em milhares de células individuais em sete instanets de tempo diferentes durante o desenvolvimento do pulmão em camundongos. Eles então analisaram a atividade do gene em cada tipo de célula, em cada momento, para prever quais células estavam produzindo moléculas sinalizadoras importantes e quais estavam expressando os receptores que recebem esses sinais.

Dessa forma, os cientistas fizeram um mapa das interações previstas entre todas essas células, a partir do qual puderam identificar os fatores-chave no desenvolvimento alveolar. Por último, eles confirmaram a atividade de duas dessas vias, a via Wnt e Sonic Hedgehog (Shh), usando modelos genéticos de camundongos para inativar sua função em tipos de células específicos identificados nos experimentos de uma única célula.

Um novo achado do estudo foi a identificação de um tipo de célula conhecido como célula epitelial alveolar tipo 1 (AT1), que já era conhecido por ajudar a formar a interface de troca gasosa alveolar, como um originador crucial e centro de sinais moleculares que orientam o desenvolvimento alveolar . Os pesquisadores também determinaram que outro tipo de célula conhecido como miofibroblasto da crista secundária (SCMF) desempenha um papel fundamental na orientação da maturação das estruturas alveolares. Além disso, a equipe do Dr. Morrisey identificou várias proteínas do fator de transcrição – que regulam a atividade do gene – como cruciais para o desenvolvimento alveolar normal. Alguns desses achados também foram confirmados no pulmão humano pediátrico. O vasto novo conjunto de dados gerado pelos pesquisadores deve capacitar muitos estudos futuros, incluindo estudos mais profundos do desenvolvimento do pulmão humano.

Os detalhes moleculares de como os alvéolos se desenvolvem também informarão pesquisas futuras destinadas a tratar distúrbios que afetam essas estruturas. Bebês que nascem muito prematuros frequentemente sofrem de dificuldade respiratória porque seus alvéolos ainda não estão totalmente desenvolvidos. Pneumonias, que podem ser causadas por bactérias ou vírus – incluindo o SARS-CoV-2 – e podem afetar qualquer pessoa desde a infância até a velhice, geralmente apresentam uma tempestade de moléculas e células imunológicas que danificam os alvéolos e destroem as  interfaces de troca do gás alveolar. Da mesma forma, a DPOC, que pode resultar do tabagismo em longo prazo, envolve inflamação crônica e degeneração das estruturas alveolares.

“Temos esperança de que nosso estudo forneça uma estrutura para uma melhor compreensão das vias moleculares que podem ser aproveitadas para promover a regeneração pulmonar após lesão aguda ou crônica”, concluiu o Dr. Edward Morrisey.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Escola de Medicina da Universidade da Pensilvânia (em inglês).

Fonte: Melissa Moody, Universidade da Pensilvânia. Imagem: Alvéolos normais em torno de um bronquíolo terminal. Fonte: Yale Rosen via Wikimedia Commons.

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