Ar putea peștele zebră ajuta oamenii să regenereze celulele auditive?

Studiul publicat în Nature Communications de cercetătorii de la Institutul Stowers pentru Cercetări Medicale analizează mecanismele moleculare care reglează proliferarea celulelor stem și a celor progenitoare în sistemul de linie laterală al zebrei. Lucrarea evidențiază rolul specific al a două gene cyclinD - ccndx și ccnd2a - în controlul distinct al proliferării acestor tipuri celulare în timpul homeostaziei și regenerării.
În multe țesuturi epiteliale, regenerarea celulară este susținută de diviziunea simetrică a celulelor stem adulte. Dezechilibrele în semnalizarea de nișă sau proliferarea necontrolată pot duce la patologii grave, inclusiv cancer. Mecanismele precise prin care celulele stem și progenitoare sunt controlate diferențial nu erau cunoscute. Linia laterală a zebrei, formată din neuromaste, oferă un model ideal pentru a studia aceste procese la nivel celular și molecular.

Despre studiu

Modelul utilizat

Linia laterală a zebrei constă în neuromaste formate din 50–80 de celule: celule senzoriale (păr), celule de susținere și celule mantale. În neuromaste, două populații proliferative susțin regenerarea:

• Celule stem amplificatoare (în polii dorsali-ventrali), care se pot auto-reînnoi sau diferenția în progenitori;
• Progenitori ai celulelor de păr, care se divid simetric pentru a produce două celule senzoriale.

Strategii experimentale

• scRNA-seq în cursul regenerării pentru identificarea transcripțională a subpopulațiilor celulare;
• Analiza expresiei genelor ccndx și ccnd2a în populațiile proliferative specifice;
• Mutageneză CRISPR/Cas9 pentru generarea zebrelor mutante ccndx−/− și ccnd2a−/−;
• Hibridizare in situ (HCR), etichetare EdU și imagistică time-lapse pentru monitorizarea diviziunii și diferențierii celulare;
• Testarea efectului semnalizării Notch și a genelor implicate în polaritatea celulelor senzoriale (ex. Emx2, hes2).

Rezultate

Expresia diferențiată a genelor ccndx și ccnd2a

• ccndx este exprimată selectiv în progenitorii care se divid pentru a forma celule senzoriale;
• ccnd2a este exprimată în celulele stem amplificatoare și este absentă în progenitori.

Proliferarea progenitorilor este reglată exclusiv prin ccndx

• În mutanții ccndx−/−, diviziunile progenitorilor lipsesc, dar regenerarea are loc prin diferentiere directă fără diviziune celulară, deși numărul de celule este mai mic.
• Polaritatea celulelor de păr este afectată: 70% prezintă o orientare posterioară vs. 50% în martori, legată de expresia crescută a Emx2 și scăderea hes2.

ccnd2a reglează proliferarea stemilor amplificatori

• În mutanții ccnd2a−/−, neuromastele sunt mai mici din cauza reducerii diviziunilor stemilor în timpul dezvoltării;
• Regenerarea nu este afectată major, sugerând o compensare funcțională de către alte gene cyclinD (ex. ccnd1).

Semnalizarea Notch reglează negativ ccndx

• Inhibarea Notch cu LY411575 crește expresia ccndx și proliferarea progenitorilor, dar acest efect dispare în mutanții ccndx−/−;
• Diferentierea celulelor de păr rămâne activată după inhibarea Notch chiar și în absența proliferării.

ccndx controlează polaritatea prin activarea hes2.2, un inhibitor al Emx2

• Mutanții hes2−/− reproduc fenotipul ccndx−/−: polaritate posterioară în exces și expresie crescută a Emx2;
• Exprimarea hes2.2 sub controlul promotorului ccndx restaurează polaritatea normală în mutanții ccndx−/−.

Concluzii

Acest studiu arată că proliferarea celulelor stem și progenitoare este reglată independent prin gene cyclinD distincte. Mai mult, regenerarea poate avea loc fără proliferare, dar cu defecte funcționale de polaritate. Rezultatele aduc o contribuție esențială în înțelegerea homeostaziei tisulare și pot avea implicații terapeutice pentru regenerarea altor organe epiteliale la vertebrate.