O fenômeno da regeneração foi descoberto há mais de 200 anos no pólipo de água doce Hydra. Até agora, no entanto, não estava claro como a regeneração ordenada de tecidos ou órgãos perdidos é ativada após uma lesão.
Pela Universidade de Heidelberg com informações de Phys.
Em suas investigações da Hydra, uma equipe de pesquisa interdisciplinar da Universidade de Heidelberg conseguiu mostrar como os sinais de cicatrização de feridas liberados após a lesão são convertidos em sinais específicos de formação de padrões e diferenciação celular. Os componentes essenciais são as proteínas quinases ativadas por mitógenos (MAPK) e a via de sinalização Wnt – mecanismos moleculares que permaneceram relativamente inalterados ao longo da evolução.
A capacidade de regeneração varia amplamente nos animais. A maioria dos mamíferos e vertebrados tem apenas capacidade de regeneração limitada, enquanto animais basais e simples que surgiram no início da evolução, como cnidários e planárias, podem regenerar todo o seu corpo. Em todos os casos, o processo de regeneração começa com a cicatrização da ferida. As células no local da lesão proliferam e formam uma massa indiferenciada – um blastema – a partir da qual as estruturas ausentes são re-padronizadas. Isso ativa processos genéticos que também controlam o desenvolvimento embrionário. Para determinar os mecanismos moleculares envolvidos, a equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Dr. Thomas W. Holstein estudou o pólipo de água doce Hydra para entender as características básicas dessa ativação da regeneração.
O cerne de suas investigações é a tese de doutorado de Anja Tursch. Ela repetiu o experimento chave do naturalista de Genebra Abraham Trembley (1710 a 1784) que o levou a descobrir o fenômeno da regeneração. O pólipo Hydra é dividido ao meio, levando a metade superior a regenerar uma nova “cabeça” e a metade inferior um novo “pé” – portanto, partes do corpo totalmente diferentes podem crescer a partir do mesmo tecido na superfície de corte no meio. Com base em seu trabalho anterior sobre a regeneração da Hydra, os pesquisadores do Centro de Estudos Organismais (COS) da Universidade de Heidelberg mostraram agora como isso é possível.
Independentemente de onde ocorra, qualquer dano desencadeia sinais inespecíficos para uma resposta à lesão, ou seja, cicatrização de feridas, via íons de cálcio e produção de espécies reativas de oxigênio. Os sinais são transmitidos intracelularmente por três proteínas quinases ativadas por mitógenos – p38, JNKs e ERK. A ativação dessas três moléculas é necessária para a regeneração da cabeça e do pé. As vias de sinalização Wnt são então ativadas que são importantes durante o desenvolvimento embrionário para a formação de órgãos rudimentares e do eixo do corpo. Os sinais genéricos de cicatrização de feridas são assim transferidos para sinais específicos de posição de padronização e diferenciação celular para regeneração.
“Nossos experimentos mostram que a via de sinalização Wnt é um componente principal da resposta inicialmente geral à lesão e, dependendo da intensidade do sinal , direciona o tecido para o desenvolvimento da cabeça ou do pé”, explica o Prof. Holstein. É por isso que, no caso da inibição de MAPK, a regeneração de outra forma ausente pode ser induzida por proteínas Wnt recombinantes geradas artificialmente. “Também foi surpreendente que nas partes do meio do corpo que tiveram a cabeça e o pé removidos, as cabeças podem ser induzidas em ambas as extremidades dessa maneira”, acrescenta o Dr. Suat Özbek, membro do grupo de pesquisa “Molecular Evolution and Genomics” do Prof. Holstein. no COS.
Wnt/β-catenina, uma parte da via de sinalização Wnt, já era conhecido por codificar informações posicionais para a formação de novas estruturas de cabeça. Em colaboração com matemáticos liderados pelo Prof. Dr. Anna Marciniak-Czochra, a equipe de pesquisa do Prof. Holstein e Dr. Özbek desenvolveu um modelo que mostra como a informação posicional basal no tecido transforma a resposta à lesão inicialmente indiferenciada em um processo de padronização diferencial via a via de sinalização Wnt. “Como MAPKs e Wnts são altamente conservados evolutivamente, esse mecanismo provavelmente está profundamente embutido em nosso genoma, o que também é importante para processos regenerativos em vertebrados e mamíferos”, diz Thomas Holstein.
A pesquisa foi publicada na revista Proceedings of the National Academy of Sciences .
Mais informações: Anja Tursch et al, Injury-induced MAPK activation triggers body axis formation in Hydra by default Wnt signaling, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2204122119
