Um componente ativo da proteína da geleia real ajuda as abelhas a criar novas rainhas. Pesquisadores da Universidade de Stanford identificaram uma proteína semelhante em mamíferos, que mantém as células-tronco embrionárias em cultura pluripotentes.
Uma proteína de mamíferos semelhante em estrutura ao componente ativo da geleia real de abelhas funciona como uma espécie de fonte da juventude para as células-tronco embrionárias de camundongos. para pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade de Stanford.
A proteína faz com que as células permaneçam pluripotentes, o que significa que elas podem se transformar em qualquer célula do corpo, sob condições que normalmente as desencadeiam a se desenvolverem em células especializadas.
O achado inesperado é provável que reacenda as chamas de um debate milenar quanto ao poder regenerativo da geleia real. Mais importante ainda, a descoberta revela novos caminhos para a pluripotência e sugere novas maneiras de manter as células-tronco em estado de animação suspensa até que sejam necessárias terapias futuras.
"No conhecimento popular, a geleia real é vista como um super-medicamento, particularmente na Ásia e na Europa", disse o professor assistente de dermatologia Kevin Wang, MD, Ph.D. "mas a sequência de DNA da royalactina, o componente ativo na geléia, é exclusiva das abelhas. Agora, identificamos uma proteína de mamíferos estruturalmente semelhante que pode manter a pluripotência das células-tronco. "
Wang é o autor sênior do estudo, publicado em 4 de dezembro na Nature Communications. O Professor Associado de cirurgia Derrick Wan, MD, é o autor principal.
A geléia real é um componente crítico na estrita estrutura hierárquica da colmeia das abelhas. Em condições normais, uma única rainha coloca ovos fertilizados que se desenvolvem em abelhas operárias. Essas abelhas operárias escravizavam a coleta de pólen e néctar, construindo o favo de mel, colocando ovos não fertilizados e tendendo a larvas. Em contraste, os zangões se debruçam sobre a colmeia, despertando-se de vez em quando para se encontrarem com outros zangões em "áreas de congregação" designadas, onde pairam até que uma nova rainha voe e incite um motim de acasalamento.
Eventualmente, uma nova rainha é necessária para a colmeia quando uma rainha idosa morre ou a colmeia cresce muito e precisa se dividir em duas. Neste caso, as operárias selecionam algumas larvas femininas para cultivar exclusivamente com geleia real - uma substância viscosa e levemente ácida composta de água, proteínas e açúcares - durante seu desenvolvimento. Todas as larvas são alimentadas com geleia real nos primeiros dias após a eclosão, mas as larvas de operárias mudam rapidamente para uma combinação de geleia real, mel e uma mistura de pólen conhecida como "pão de abelha".
Exatamente como uma dieta de geléia real estimula a formação de uma rainha grande e fértil, em vez de uma humilde abelha operária, permanece indefinida. Mas os humanos rapidamente decidiram que o que é bom para a rainha deve ser bom para eles. Embora a geleia real tenha sido sugerida para ter efeitos sobre os níveis de colesterol, pressão arterial, sistema nervoso e atividade hormonal, ela não foi aprovada pela Food and Drug Administration para uso medicinal.
Wang se perguntou como uma dieta de geleia real poderia desencadear as diferenças extremas vistas entre as abelhas-rainha e os trabalhadoras muito menores. Afinal, as duas castas de insetos compartilham um genoma idêntico.
"Sempre me interessei pelo controle do tamanho das células", disse Wang, "e a abelha é um modelo fantástico para estudar isso. Todas essas larvas começam do mesmo jeito no dia zero, mas acabam tendo diferenças dramáticas e duradouras. Como isso acontece? "
Wang e seus colegas se concentraram em uma proteína - apropriadamente chamada de royalactina - que anteriormente havia sido sugerida como sendo o ingrediente ativo da geleia real. Eles aplicaram a royalactina nas células-tronco embrionárias de camundongo para estudar a resposta das células.
"Para que a geleia real tenha um efeito sobre o desenvolvimento da rainha, ela precisa trabalhar com células progenitoras precoces nas larvas de abelhas", disse Wang. "Então decidimos ver o efeito que teria, se algum, nas células-tronco embrionárias".
Células-tronco embrionárias são potentes, mas volúveis. Quando cultivados em laboratório, muitas vezes querem abandonar seu estado de células-tronco e se diferenciar em células especializadas. Pesquisadores criaram maneiras de manter as células alinhadas, adicionando moléculas que inibem a diferenciação do ambiente no qual as células crescem.
Para sua surpresa, Wang e seus colegas descobriram que a adição de royalactina impediu as células-tronco embrionárias de se diferenciarem, mesmo na ausência dos inibidores.
"Isso foi inesperado", disse Wang. "Normalmente, essas células-tronco embrionárias são cultivadas na presença de um inibidor chamado fator inibidor de leucemia que impede sua diferenciação inadequada em cultura, mas descobrimos que a royalactina bloqueia a diferenciação mesmo na ausência de LIF." As células cultivadas livres de LIF cresceram por até 20 gerações sem perder sua capacidade, os pesquisadores descobriram.
Experimentos adicionais mostraram que as células-tronco tratadas com royalactina exibiram perfis de expressão gênica similares às células-tronco cultivadas na presença dos inibidores, produzindo proteínas conhecidas por estarem associadas à pluripotência enquanto inibem a produção de proteínas importantes para a diferenciação. No entanto, a resposta das células foi confusa porque os mamíferos não produzem royalactina.
Para respostas, os pesquisadores se voltaram para um banco de dados que infere a estrutura tridimensional das proteínas. Como uma fechadura e chave, muitas proteínas funcionam adaptando-se precisamente a outras proteínas ou moléculas biológicas. Os cientistas se perguntaram se poderia haver outra proteína em mamíferos que imite a forma, mas não a seqüência, da royalactina.
Wang encontrou uma proteína de mamíferos chamada NHLRC3 que previa formar uma estrutura semelhante à da royalactina e que foi produzida no início do desenvolvimento embrionário em todos os animais, das enguias aos seres humanos. Além disso, eles descobriram que NHLRC3, como a royalactina, foi capaz de manter a pluripotência em células embrionárias de camundongos, e que causou um padrão semelhante de expressão gênica neles como naquelas células expostas a royalactina. Eles renomearam a proteína Regina, que é rainha em latim.
Os pesquisadores planejam investigar se Regina tem algum valor terapêutico na cicatrização de feridas ou regeneração celular em animais adultos. Eles também esperam que sua descoberta ajude os pesquisadores a descobrir mais ou melhores maneiras de manter as células-tronco embrionárias pluripotentes quando cultivadas em laboratório.
"É fascinante", disse Wang. "Nossos experimentos implicam que Regina é uma importante molécula que governa a pluripotência e a produção de células progenitoras que dão origem aos tecidos do embrião. Nós conectamos algo mítico a algo real."
Derrick C. Wan et al. Honey bee Royalactin unlocks conserved pluripotency pathway in mammals, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-06256-4
Via Phys
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Uma proteína de mamíferos semelhante em estrutura ao componente ativo da geleia real de abelhas funciona como uma espécie de fonte da juventude para as células-tronco embrionárias de camundongos. para pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade de Stanford.
A proteína faz com que as células permaneçam pluripotentes, o que significa que elas podem se transformar em qualquer célula do corpo, sob condições que normalmente as desencadeiam a se desenvolverem em células especializadas.
O achado inesperado é provável que reacenda as chamas de um debate milenar quanto ao poder regenerativo da geleia real. Mais importante ainda, a descoberta revela novos caminhos para a pluripotência e sugere novas maneiras de manter as células-tronco em estado de animação suspensa até que sejam necessárias terapias futuras.
"No conhecimento popular, a geleia real é vista como um super-medicamento, particularmente na Ásia e na Europa", disse o professor assistente de dermatologia Kevin Wang, MD, Ph.D. "mas a sequência de DNA da royalactina, o componente ativo na geléia, é exclusiva das abelhas. Agora, identificamos uma proteína de mamíferos estruturalmente semelhante que pode manter a pluripotência das células-tronco. "
Wang é o autor sênior do estudo, publicado em 4 de dezembro na Nature Communications. O Professor Associado de cirurgia Derrick Wan, MD, é o autor principal.
Componente da hierarquia da colmeia
A geléia real é um componente crítico na estrita estrutura hierárquica da colmeia das abelhas. Em condições normais, uma única rainha coloca ovos fertilizados que se desenvolvem em abelhas operárias. Essas abelhas operárias escravizavam a coleta de pólen e néctar, construindo o favo de mel, colocando ovos não fertilizados e tendendo a larvas. Em contraste, os zangões se debruçam sobre a colmeia, despertando-se de vez em quando para se encontrarem com outros zangões em "áreas de congregação" designadas, onde pairam até que uma nova rainha voe e incite um motim de acasalamento.
Eventualmente, uma nova rainha é necessária para a colmeia quando uma rainha idosa morre ou a colmeia cresce muito e precisa se dividir em duas. Neste caso, as operárias selecionam algumas larvas femininas para cultivar exclusivamente com geleia real - uma substância viscosa e levemente ácida composta de água, proteínas e açúcares - durante seu desenvolvimento. Todas as larvas são alimentadas com geleia real nos primeiros dias após a eclosão, mas as larvas de operárias mudam rapidamente para uma combinação de geleia real, mel e uma mistura de pólen conhecida como "pão de abelha".
Exatamente como uma dieta de geléia real estimula a formação de uma rainha grande e fértil, em vez de uma humilde abelha operária, permanece indefinida. Mas os humanos rapidamente decidiram que o que é bom para a rainha deve ser bom para eles. Embora a geleia real tenha sido sugerida para ter efeitos sobre os níveis de colesterol, pressão arterial, sistema nervoso e atividade hormonal, ela não foi aprovada pela Food and Drug Administration para uso medicinal.
Como a geleia real faz isso ocorrer?
Wang se perguntou como uma dieta de geleia real poderia desencadear as diferenças extremas vistas entre as abelhas-rainha e os trabalhadoras muito menores. Afinal, as duas castas de insetos compartilham um genoma idêntico.
"Sempre me interessei pelo controle do tamanho das células", disse Wang, "e a abelha é um modelo fantástico para estudar isso. Todas essas larvas começam do mesmo jeito no dia zero, mas acabam tendo diferenças dramáticas e duradouras. Como isso acontece? "
Wang e seus colegas se concentraram em uma proteína - apropriadamente chamada de royalactina - que anteriormente havia sido sugerida como sendo o ingrediente ativo da geleia real. Eles aplicaram a royalactina nas células-tronco embrionárias de camundongo para estudar a resposta das células.
"Para que a geleia real tenha um efeito sobre o desenvolvimento da rainha, ela precisa trabalhar com células progenitoras precoces nas larvas de abelhas", disse Wang. "Então decidimos ver o efeito que teria, se algum, nas células-tronco embrionárias".
Células-tronco embrionárias são potentes, mas volúveis. Quando cultivados em laboratório, muitas vezes querem abandonar seu estado de células-tronco e se diferenciar em células especializadas. Pesquisadores criaram maneiras de manter as células alinhadas, adicionando moléculas que inibem a diferenciação do ambiente no qual as células crescem.
Para sua surpresa, Wang e seus colegas descobriram que a adição de royalactina impediu as células-tronco embrionárias de se diferenciarem, mesmo na ausência dos inibidores.
"Isso foi inesperado", disse Wang. "Normalmente, essas células-tronco embrionárias são cultivadas na presença de um inibidor chamado fator inibidor de leucemia que impede sua diferenciação inadequada em cultura, mas descobrimos que a royalactina bloqueia a diferenciação mesmo na ausência de LIF." As células cultivadas livres de LIF cresceram por até 20 gerações sem perder sua capacidade, os pesquisadores descobriram.
Experimentos adicionais mostraram que as células-tronco tratadas com royalactina exibiram perfis de expressão gênica similares às células-tronco cultivadas na presença dos inibidores, produzindo proteínas conhecidas por estarem associadas à pluripotência enquanto inibem a produção de proteínas importantes para a diferenciação. No entanto, a resposta das células foi confusa porque os mamíferos não produzem royalactina.
Para respostas, os pesquisadores se voltaram para um banco de dados que infere a estrutura tridimensional das proteínas. Como uma fechadura e chave, muitas proteínas funcionam adaptando-se precisamente a outras proteínas ou moléculas biológicas. Os cientistas se perguntaram se poderia haver outra proteína em mamíferos que imite a forma, mas não a seqüência, da royalactina.
Wang encontrou uma proteína de mamíferos chamada NHLRC3 que previa formar uma estrutura semelhante à da royalactina e que foi produzida no início do desenvolvimento embrionário em todos os animais, das enguias aos seres humanos. Além disso, eles descobriram que NHLRC3, como a royalactina, foi capaz de manter a pluripotência em células embrionárias de camundongos, e que causou um padrão semelhante de expressão gênica neles como naquelas células expostas a royalactina. Eles renomearam a proteína Regina, que é rainha em latim.
Os pesquisadores planejam investigar se Regina tem algum valor terapêutico na cicatrização de feridas ou regeneração celular em animais adultos. Eles também esperam que sua descoberta ajude os pesquisadores a descobrir mais ou melhores maneiras de manter as células-tronco embrionárias pluripotentes quando cultivadas em laboratório.
"É fascinante", disse Wang. "Nossos experimentos implicam que Regina é uma importante molécula que governa a pluripotência e a produção de células progenitoras que dão origem aos tecidos do embrião. Nós conectamos algo mítico a algo real."
Derrick C. Wan et al. Honey bee Royalactin unlocks conserved pluripotency pathway in mammals, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-06256-4
Via Phys
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