Desvendando os mistérios da regeneração cerebral – estudo inovador oferece novas ideias

Trajetórias de geração de neurônios

Trajetórias de geração de neurônios. Crédito: BGI Genomics

O primeiro axolotl stereo-seq fornece novos insights sobre a regeneração do cérebro.

Por causa de sua aparência distinta e adorável, o axolote Ambystoma mexicanum é um animal de estimação popular. Ao contrário de outras salamandras metamorfoseantes, os axolotes (pronuncia-se ACK-suh-LAH-tuhl) nunca superam seu estágio larval e juvenil, uma característica conhecida como neotenia. Também é reconhecido por sua capacidade de regenerar membros ausentes e outros tecidos, incluindo cérebro, medula espinhal, cauda, ​​pele, membros, fígado, músculo esquelético, coração, mandíbula superior e inferior e tecidos oculares como retina, córnea e lente.

Mamíferos, incluindo humanos, são quase incapazes de reconstruir tecidos danificados após uma lesão cerebral. Algumas espécies, como peixes e axolotes, por outro lado, podem reabastecer regiões cerebrais feridas com novos neurônios.

Tipos de tecido que o Axolotl pode regenerar

Tipos de tecido que o axolotl pode regenerar conforme mostrado em vermelho. Crédito: Debuque e Godwin, 2016

A regeneração cerebral requer a coordenação de respostas complexas de uma maneira específica de tempo e região. Em um artigo publicado na capa da Ciência, BGI e seus parceiros de pesquisa usaram a tecnologia Stereo-seq para recriar a arquitetura do cérebro axolotl ao longo de processos de desenvolvimento e regeneração em resolução de célula única. Examinar os genes e os tipos de células que permitem que os axolotes renovem seus cérebros pode levar a melhores tratamentos para lesões graves e desbloquear o potencial de regeneração humana.

Imagens de regeneração celular após uma lesão

Imagens de regeneração celular em sete momentos diferentes após uma lesão; a imagem de controle está à esquerda. Crédito: BGI Genomics

A equipe de pesquisa coletou amostras de axolotes de seis estágios de desenvolvimento e sete fases de regeneração com dados estéreo-seq espaço-temporais correspondentes. Os seis estágios de desenvolvimento incluem:

  • O primeiro estágio de alimentação após a eclosão (Estágio 44)
  • O estágio de desenvolvimento do membro anterior (Estágio 54)
  • O estágio de desenvolvimento dos membros posteriores (estágio 57)
  • Fase juvenil
  • Idade adulta
  • Metamorfose

Através do estudo sistemático de tipos de células em vários estágios de desenvolvimento, os pesquisadores descobriram que, durante o estágio inicial de desenvolvimento, as células-tronco neurais localizadas na região VZ são difíceis de distinguir entre subtipos e com subtipos de células-tronco neurais especializadas com características regionais espaciais da adolescência. sugerindo que vários subtipos podem ter diferentes funções durante a regeneração.

Na terceira parte do estudo, os pesquisadores geraram um grupo de dados transcriptômicos espaciais de seções de telencéfalo que cobriram sete estágios regenerativos induzidos por lesões. Após 15 dias, um novo subtipo de células-tronco neurais, reaEGC (células ependimogliais reativas), apareceu na área da ferida.

Axolotl Desenvolvimento e Regeneração do Cérebro

Processos de desenvolvimento e regeneração do cérebro do axolote. Crédito: BGI Genomics

A conexão parcial do tecido apareceu na ferida e, após 20 a 30 dias, o novo tecido foi regenerado, mas a composição do tipo de célula foi significativamente diferente do tecido não lesado. Os tipos de células e distribuição na área danificada não retornaram ao estado do tecido não lesado até 60 dias após a lesão.

O principal subtipo de células-tronco neurais (reaEGC) envolvido neste processo foi derivado da ativação e transformação de subtipos de células-tronco neurais quiescentes (wntEGC e sfrpEGC) próximos à ferida após serem estimulados pela lesão.

Quais são as semelhanças e diferenças entre a formação de neurônios durante o desenvolvimento e a regeneração? Os pesquisadores descobriram um padrão semelhante entre desenvolvimento e regeneração, que é de células-tronco neurais para células progenitoras, posteriormente em neurônios imaturos e, finalmente, em neurônios maduros.

Axolotl Desenvolvimento do Cérebro

Distribuição espacial e temporal do desenvolvimento cerebral do axolote. Crédito: BGI Genomics

Ao comparar as características moleculares dos dois processos, os pesquisadores descobriram que o processo de formação do neurônio é altamente semelhante durante a regeneração e o desenvolvimento, indicando que a lesão induz as células-tronco neurais a se transformarem em um estado de desenvolvimento rejuvenescido para iniciar o processo de regeneração.

“Nossa equipe analisou os tipos de células importantes no processo de regeneração cerebral do axolote e rastreou as mudanças em sua linhagem celular espacial”, disse o Dr. Xiaoyu Wei, o primeiro autor deste artigo e pesquisador sênior da BGI-Research. “A dinâmica espaço-temporal dos principais tipos de células reveladas pelo Stereo-seq nos fornece uma ferramenta poderosa para pavimentar novas direções de pesquisa em ciências da vida”.

O autor correspondente Xun Xu, diretor de ciências da vida da BGI-Research, observou que “na natureza, existem muitas espécies auto-regenerativas e os mecanismos de regeneração são bastante diversos. Com métodos multiomics, cientistas de todo o mundo podem trabalhar juntos de forma mais sistemática.”

Referência: “Single-cell Stereo-seq revela células progenitoras induzidas envolvidas na regeneração cerebral do axolotl” por Xiaoyu Wei, Sulei Fu, Hanbo Li, Yang Liu, Shuai Wang, Weimin Feng, Yunzhi Yang, Xiawei Liu, Yan-Yun Zeng, Mengnan Cheng, Yiwei Lai, Xiaojie Qiu, Liang Wu, Nannan Zhang, Yujia Jiang, Jiangshan Xu, Xiaoshan Su, Cheng Peng, Lei Han, Wilson Pak-Kin Lou, Chuanyu Liu, Yue Yuan, Kailong Ma, Tao Yang, Xiangyu Pan, Shang Gao, Ao Chen, Miguel A. Esteban, Huanming Yang, Jian Wang, Guangyi Fan, Longqi Liu, Liang Chen, Xun Xu, Ji-Feng Fei e Ying Gu, 2 de setembro de 2022, Ciência.
DOI: 10.1126/science.abp9444

Este estudo passou por revisões éticas e segue os regulamentos e diretrizes éticas correspondentes.

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