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Os corações dos mamíferos quase não têm capacidade de desenvolver novas células do músculo cardíaco, chamadas cardiomiócitos, após o nascimento. Assim, o tecido morto após um ataque cardíaco adulto não é reparado com novos cardiomiócitos. Em vez disso, é substituído por tecido cicatricial que enfraquece o poder de bombeamento do coração e muitas vezes leva à insuficiência cardíaca.
Uma estratégia promissora para remuscularizar o coração lesado é a reprogramação cardíaca direta de células de fibroblastos do coração em cardiomiócitos. Em um artigo publicado em CirculaçãoUniversity of Alabama em Birmingham pesquisadores Yang Zhou, Ph.D., e Rui Lu, Ph.D., identificaram TBX20 como o fator de transcrição ausente chave em coquetéis existentes para reprogramação cardíaca direta de fibroblastos humanos.
Adicionando TBX20 ao coquetel de reprogramação MGT 133, eles relatam, promoveu a reprogramação cardíaca e ativou genes associados à contratilidade cardíaca, maturação e localização ventricular da célula do músculo cardíaco. Mecanicamente, eles descobriram que o TBX20 se coloca sinergicamente com os fatores de reprogramação MGT em potenciadores de genes cardíacos, causando ativação robusta de genes-alvo.
“Nosso estudo destaca o papel não documentado do TBX20 como um regulador vital da reprogramação cardíaca humana direta”, disse Zhou. “Aprimorar a eficiência e a qualidade da reprogramação cardíaca direta de fibroblastos humanos é um passo crítico na tradução clínica dessa tecnologia”.
Uma área importante para investigação futura, diz Zhou, será testar o TBX20 in vivo para reprogramação direta.
Os coquetéis atuais para reprogramação direta de fibroblastos humanos sofrem de baixa eficiência e produção insuficiente de cardiomiócitos funcionais. Os pesquisadores da UAB identificaram o TBX20 como o fator mais subexpresso quando compararam cardiomiócitos induzidos a partir de fibroblastos com um coquetel atual versus cardiomiócitos funcionais. A adição de TBX20 promoveu a reprogramação cardíaca, como visto na ativação de genes cardíacos relacionados à estrutura do sarcômero, canais iônicos e contrações cardíacas. Um sarcômero é a menor unidade funcional do músculo estriado.
Os fibroblastos do coração humano do ventrículo serão o alvo primário para avaliação da reprogramação in vivo. Zhou e colegas mostraram que o TBX20 foi essencial na reprogramação desses fibroblastos para cardiomiócitos induzidos, sugerindo um potencial terapêutico para o TBX20.
Em detalhe, o TBX20 ativou principalmente os genes no estágio final da reprogramação, aumentando o fluxo de cálcio, a contratilidade e a função mitocondrial nos cardiomiócitos induzidos. As mitocôndrias são a fonte de energia para as contrações do músculo cardíaco. O TBX20 pareceu ajudar as mitocôndrias nos cardiomiócitos induzidos a mudar para uma respiração semelhante ao cardiomiócito adulto.
Mecanicamente, os pesquisadores da UAB descobriram que o TBX20 estava ligado e ativou os potenciadores de genes cardíacos. Um potenciador é um elemento regulador curto no DNA que pode se ligar a proteínas ativadoras para iniciar a transcrição ou aumentar a transcrição de um determinado gene alvo. A transcrição é a produção de RNA mensageiro copiado do gene de DNA para codificar uma proteína. Os intensificadores geralmente funcionam à distância de seu alvo gênico.
Este potenciador de ligação pelo TBX20, Zhou e colegas descobriram, exigia todos os três fatores do coquetel MGT para ajudar a ativar os genes cardíacos. TBX20 sozinho não foi suficiente para induzir a conversão do destino das células cardíacas; a omissão de qualquer um dos três fatores MGT reduziu substancialmente a eficiência da reprogramação.
“Juntos, nossas descobertas demonstram que o TBX20 requer fatores MGT intactos para promover a reprogramação direta e ativar genes cardíacos, e eles apoiam a noção de que a reprogramação cardíaca direta é um processo sinergicamente regulado orquestrado por vários fatores”, disse Zhou.
O perfil de sequenciamento de RNA de célula única identificou dois grandes grupos de células após a reprogramação com TBX20. Um foi reprogramado com cardiomiócitos induzidos, mas o outro grupo foi apenas parcialmente reprogramado. O cluster de cardiomiócitos reprogramados apresentou perfis de expressão gênica semelhantes aos cardiomiócitos ventriculares.
Na UAB, Zhou é professor assistente no Departamento de Engenharia Biomédica e Lu é professor assistente no Departamento de Medicina da Divisão de Hematologia e Oncologia.
O apoio veio das bolsas HL153220, CA259480 e HL149137 dos Institutos Nacionais de Saúde; e o Prêmio de Projeto Transformacional da American Heart Association 969529.
A medicina é um departamento da Escola de Medicina Marnix E. Heersink da UAB, e a Engenharia Biomédica é um departamento conjunto da Escola de Engenharia da UAB e da Escola de Medicina de Heersink.
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