Uma equipe de pesquisa do MDC liderada por Jan Philipp Junker e Daniela Panáková descobriu que o peixe-zebra pode regenerar o tecido cardíaco após uma lesão. As células do tecido conjuntivo desempenham um papel importante no processo, entrando temporariamente em um estado ativado, como relata a equipe em Nature Genetics .
Quando uma pessoa sofre um ataque cardíaco e não recebe tratamento com rapidez suficiente, as células do músculo cardíaco (cardiomiócitos) são danificadas pela falta de oxigênio e começam a morrer. O tecido cicatricial então se forma e, como não podemos produzir novos cardiomiócitos, o coração não pode mais bombear tão bem quanto deveria. As coisas são muito diferentes em vertebrados inferiores, como o peixe-zebra, que pode regenerar órgãos – incluindo seu coração.

“Queríamos descobrir como esse peixinho faz isso e se poderíamos aprender com ele”, diz o professor Jan Philipp Junker, chefe do Laboratório de Biologia do Desenvolvimento Quantitativo do Instituto de Biologia de Sistemas Médicos de Berlim (BIMSB), parte do Max Delbrück Center for Molecular Medicine na Helmholtz Association (MDC) em Berlim. Trabalhando com a Dra. Daniela Panáková, que lidera o Laboratório de Sinalização Eletroquímica em Desenvolvimento e Doenças do MDC, os pesquisadores simularam lesões de infarto do miocárdio no coração de seus peixes-zebra. Usando análises de célula única e árvores de linhagem celular, eles rastrearam a regeneração dos cardiomiócitos. Eles agora publicaram suas observações na revista Nature Genetics .

Corações humanos param de regenerar

Os pesquisadores começaram segurando uma agulha fria no coração de um milímetro do peixe-zebra por alguns segundos sob um microscópio. A agulha mata qualquer tecido que tocar. Assim como em pacientes humanos de ataque cardíaco, isso causa uma resposta inflamatória, que é seguida por cicatrizes de células do tecido conjuntivo conhecidas como fibroblastos. "Surpreendentemente, a resposta imediata à lesão é muito semelhante. Mas enquanto o processo nos humanos para nesse ponto, ele continua nos peixes. Eles formam novos cardiomiócitos, que são capazes de se contrair", diz Junker.

"Queríamos identificar os sinais que vêm de outras células e ajudar a impulsionar a regeneração", continua ele. A equipe de Junker usou a genômica de uma única célula para procurar no coração ferido por células que não existem em um coração saudável de peixe-zebra. Eles encontraram três novos tipos de fibroblastos que entram temporariamente em um estado ativado. Embora sejam externamente idênticas aos outros fibroblastos, essas células ativadas podem ler toda uma série de genes adicionais que são responsáveis ​​pela formação de proteínas – como fatores do tecido conjuntivo como o colágeno 12.

Fibroblastos dão o sinal para regeneração

Nos humanos, a cicatrização (ou fibrose) é vista como um obstáculo à regeneração do coração. Mas os fibroblastos parecem ser importantes para o processo assim que entram em seu estado de ativação temporária. O quão importante eles são ficou claro quando Panáková usou um truque genético para desligar os fibroblastos que expressam colágeno 12 no peixe-zebra. O resultado:nenhuma regeneração. Junker acredita que faz sentido que os fibroblastos sejam responsáveis ​​por dar os sinais de reparo:"Eles se formam no local da lesão, afinal", diz ele.

Para identificar a fonte desses fibroblastos ativados, a equipe de Junker produziu árvores de linhagem celular usando uma técnica chamada LINNAEUS, que seu laboratório desenvolveu em 2018. LINNAEUS trabalha com cicatrizes genéticas que agem coletivamente como um código de barras para a origem de cada célula. "Criamos esse código de barras usando uma tesoura genética CRISPR-Cas9. Se, após a lesão, duas células tiverem a mesma sequência de código de barras, significa que estão relacionadas", explica Junker. Os pesquisadores identificaram duas fontes de fibroblastos temporariamente ativados:a camada externa do coração (epicárdio) e a camada interna (endocárdio). Células produtoras de colágeno 12 foram encontradas exclusivamente no epicárdio.

Diferentes disciplinas trabalharam de perto no estudo

Vários pesquisadores do MDC colaboraram ao longo do estudo - desde os experimentos com os peixes, até as análises genéticas e a interpretação bioinformática dos resultados. “Para mim, o mais emocionante foi ver como nossas disciplinas se complementam e como podemos verificar os resultados da bioinformática em um animal vivo”, diz Sara Lelek, principal autora do estudo e responsável pelo animal. testes. "Foi um grande projeto que nos permitiu contribuir com nossa experiência. Acho que é por isso que o estudo é tão abrangente e tão útil para muitos pesquisadores."

O Dr. Bastiaan Spanjaard, também autor principal, concorda:"Como tínhamos áreas de especialização tão diferentes, muitas vezes tínhamos que explicar nossos experimentos e análises uns aos outros. A regeneração do coração é um processo complexo que é influenciado por muitas coisas diferentes. Os experimentos produziram enormes quantidades de dados. Filtrar os sinais biológicos corretos deles foi um enorme desafio."

Ainda não está claro se corações danificados em mamíferos como humanos e camundongos não possuem os sinais necessários ou a capacidade de ler os sinais. Se os sinais estiverem faltando, medicamentos podem eventualmente ser desenvolvidos para simulá-los. Mas, diz Junker, encontrar uma maneira de imitar a interpretação do sinal seria muito mais difícil.

Os fibroblastos também ajudam a formar novos vasos sanguíneos

Os pesquisadores agora querem olhar mais de perto os genes que os fibroblastos ativados temporariamente lêem com especial frequência. Eles sabem que muitos dos genes em questão são importantes para liberar proteínas na área circundante. E estes podem incluir fatores que também influenciam os cardiomiócitos. E evidências iniciais sugerem que os fibroblastos ativados não apenas promovem a regeneração do coração; eles também ajudam a formar novos vasos sanguíneos que fornecem oxigênio ao coração.