Sinal bioelétrico defeituoso responsável por defeitos faciais causados ​​por doença genética rara

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Anonim

Os biólogos da Universidade Tufts descobriram o mecanismo bioelétrico pelo qual a rara desordem genética síndrome de Andersen-Tawil (ATS) causa anormalidades faciais, uma descoberta que pode levar a medidas preventivas e tratamentos para uma série de desordens, de defeitos congênitos ao câncer. A descoberta aparece em 11 de fevereiro de 2016, no Journal of Physiology, publicado on-line antes da impressão.

A principal autora Dany Spencer Adams, Ph.D., professora associada de pesquisa no Departamento de Biologia da Escola de Artes e Ciências da Tufts, e colegas da Tufts, do Massachusetts Institute of Technology e da RMIT University usaram um modelo embrionário de sapos para demonstrar a primeira vez que a falha na sinalização bioelétrica é responsável pelos defeitos craniofaciais que caracterizam a ATS - testa e nariz largos, olhos grandes, orelhas baixas e mandíbula e queixo pequenos.

Pacientes com ATS têm uma mutação no gene que codifica o canal iônico de potássio Kir2.1, uma peça crucial de maquinaria celular que mantém a carga elétrica das células, regulando o fluxo de íons de potássio carregados positivamente dentro e fora das células. Se o Kir2.1 não funciona, afeta como as características faciais se desenvolvem no embrião, entre outras coisas.

Arritmias cardíacas e distúrbios musculares também associados à ATS foram previamente associados à eletrofisiologia, mas as deformidades craniofaciais foram inexplicadas.

As novas descobertas, diz Adams, "não são apenas o primeiro modelo de uma mutação rara que provoca anomalias craniofaciais, mas podem se aplicar à síndrome alcoólica fetal muito mais comum".

Enquanto apenas cerca de 100 pessoas no mundo têm ATS, estima-se que mais de 7 milhões sofrem de síndrome alcoólica fetal, diz ela. Pesquisas de outros cientistas descobriram que o álcool se liga ao canal iônico Kir2.1, levando à especulação de que a função anormal do canal iônico pode causar as características faciais distintivas associadas à síndrome alcoólica fetal, assim como ocorre na ATS.

Em seu estudo, os cientistas da Tufts usaram a luz para controlar a atividade dos canais iônicos - o primeiro uso do campo emergente da optogenética para alterar o desenvolvimento embrionário e investigar um estado de doença através da manipulação da sinalização bioelétrica. Usando a luz para manipular e monitorar precisamente células que haviam sido geneticamente modificadas para expressar canais iônicos sensíveis à luz, os pesquisadores mostraram que alterar os padrões bioelétricos naturais dentro da camada externa dos embriões de rã durante o desenvolvimento inicial causou anormalidades no crânio e face, enquanto alterações posteriores no desenvolvimento não.

O trabalho reforça descobertas anteriores de pesquisadores da Tufts de que a sinalização bioelétrica em muitos tipos de células, não apenas os nervos, desempenha um papel importante na forma como as células criam e reparam estruturas anatômicas complexas, diz Michael Levin, Ph.D., diretor do Centro Tufts para Regeneração. e Biologia do Desenvolvimento e um co-autor do último estudo.

Com esse conhecimento, diz ele, pode ser possível alterar a sinalização bioelétrica para corrigir os efeitos de mutações genéticas ou outros defeitos de desenvolvimento. "Essa é a grande figura aqui", diz Levin, que também é o professor de Vannevar Bush no Departamento de Biologia da Tufts.

O estudo do Journal of Physiology sugere que a capacidade de exercer algum controle sobre canais iônicos como Kir2.1 poderia alterar drasticamente o que está acontecendo nas células de um embrião em desenvolvimento. Tratamentos para prevenir a formação de anormalidades faciais, como aqueles associados com ATS e outras condições causadas por canais iônicos defeituosos, podem ocorrer sem ter que alterar a sequência genética, diz Adams, ou mesmo necessariamente saber qual gene é afetado.

"Nós já temos drogas aprovadas para uso humano que alteram o fluxo", diz Adams. "Como temos drogas específicas, já temos meios de entrar e evitar o problema".

Os laboratórios Adams e Levin são apenas alguns dos poucos no mundo estudando bioeletricidade em células fora do sistema nervoso. Em pesquisas anteriores, as duas equipes demonstraram que a sinalização bioelétrica está envolvida na regulação da expressão gênica e estrutura anatômica em uma série de órgãos, ditando o destino das células e tecidos durante o desenvolvimento, regeneração e supressão do câncer.

"Essas propriedades bioelétricas são tão importantes quanto os sinais bioquímicos", diz Adams, "e, de certa forma, são alvos muito mais fáceis para a terapia do que a genética".