Novo método facilita estudos genéticos da função e doenças do epitélio intestinal

Com cerca de oito metros de comprimento e suas inúmeras saliências em forma de dedo, conhecidas como vilosidades, o intestino representa a maior superfície de contato do interior do nosso corpo que entra em contato com os alimentos ingeridos.

Como o órgão mais importante do trato digestivo, suas principais tarefas incluem a absorção de nutrientes dos alimentos, o fornecimento de energia e a excreção de metabólitos nocivos. A barreira intestinal atua como uma espécie de parede protetora que impede a entrada de germes ou substâncias estranhas no corpo e, portanto, tem uma influência decisiva na saúde (defesa imunológica).

Parte da parede intestinal é o revestimento intestinal (epitélio intestinal), que reveste o interior do intestino e desempenha um papel importante na absorção de água, eletrólitos e nutrientes. Também está sujeito a um processo de renovação contínua e é o tecido que se autorrenova mais rapidamente nos mamíferos adultos, com um tempo de regeneração de 3 a 10 dias.

Apesar das diversas funções do intestino e da enorme importância para a saúde, pouco se sabe até agora – apesar de intensas pesquisas – sobre quais genes desempenham um papel importante na digestão ou no desenvolvimento de doenças intestinais.

Pesquisadores do Leibniz Institute on Aging—Fritz Lipmann Institute (FLI) em Jena, Alemanha, em cooperação com parceiros do Fred Hutchinson Cancer Center em Seattle, EUA, alcançaram um marco importante: eles desenvolveram um novo método que no uma mão permite estudos genéticos para todas as regiões do intestino e, por outro lado, pode ser usado para investigar com mais detalhes a influência dos genes na carcinogênese, no processo de envelhecimento e nas interações hospedeiro-microbioma.

Os resultados da pesquisa atual foram agora publicados na revista BMC Biologia.

Análises de mutação de um único gene versus triagem de um grande número de genes

“Usando mutações germinativas especiais, atualmente é possível desligar genes individuais no intestino epitélio e investigar sua influência. Mas, apesar dos inúmeros esforços, ainda não existe um método que possa ser usado para estudar um grande número de genes simultaneamente”, explica K. Lenhard Rudolph, líder do grupo de pesquisa da FLI e professor de medicina molecular na FSU Jena. ser necessário, porque o genoma humano tem mais de 25.000 genes, cerca de três quartos dos quais estão ativos em nossos intestinos.

“Além disso, a pesquisa sobre a função desses genes por meio de análises direcionadas de mutações de um único gene é muito cara e demorada”, acrescenta o Prof. Rudolph. Em princípio, é possível induzir mutações em células individuais de um tecido usando partículas virais contendo sequências genéticas específicas. Com esta abordagem, estudos de triagem em um grande número de genes podem ser realizados simultaneamente.

“Esse método já é usado hoje para o exame de pele, fígado e células-tronco do sanguemas não foi transferível para o epitélio intestinal até agora”, diz o pesquisador de células-tronco, “uma vez que as células-tronco do epitélio intestinal estão profundamente escondidas nas criptas (os bolsos profundos entre as vilosidades) e, portanto, são muito difíceis de acessar para transferência de genes por meio de partículas virais.”

Desvantagens dos métodos de pesquisa anteriores

“Os métodos atualmente conhecidos para estudar o epitélio intestinal usam organoides intestinais, minúsculos mini-órgãos que são cultivados em cultura de células e geneticamente modificados pela adição de vírus”, acrescenta o Dr. George B. Garside do FLI, principal autor do estudo.

“Esses miniórgãos modificados são então injetados no epitélio intestinal de camundongos imunocomprometidos e a influência dos genes na função intestinal é então estudada.”

No entanto, este método tem vários pontos fracos. Os organoides devem primeiro ser cultivados e propagados em cultura de células em laboratório antes que possam ser posteriormente modificados geneticamente por vetores virais específicos. Tudo isso ocorre fora do organismo, o que significa que os mini-órgãos carecem de seu ambiente natural, que, no entanto, regula o desenvolvimento natural e a manutenção do epitélio intestinal.

Acionadas pelas condições de crescimento não naturais na cultura, podem ocorrer alterações nas células-tronco intestinais, que não refletem com precisão a função dos genes em condições naturais.

Também surgem problemas durante o transplante, porque devido ao comprimento do intestino e à pouca acessibilidade externa, o transplante de organoides permanece limitado ao cólon inferior e tem uma eficiência geral baixa, limitando o estudo a apenas alguns genes.

“Devido a todas essas limitações e problemas, era necessário encontrar um novo método que permitisse a inserção de modificações genéticas in situ, diretamente no ambiente natural do epitélio intestinal intacto, além de possibilitar o estudo da função de múltiplos genes no epitélio intestinal natural”, diz o Dr. Garside. “Isso também tem vantagens, pois as células em cultura podem sofrer seleção anormal e alterações que perturbam a identificação das funções dos genes em células não modificadas”.

Novo método para estudar o epitélio intestinal

Os pesquisadores conseguiram desenvolver um procedimento robusto e replicável que permite introduzir um grande número de modificações genéticas nas células-tronco do epitélio intestinal natural não modificado sem a necessidade de transplante. “Usamos ratos de laboratório para nosso estudo, que em muitos aspectos espelham de perto as condições fisiológicas do epitélio intestinal humano”, relata o Prof. Rudolph.

Devido à localização anatômica de difícil acesso das células-tronco, que estão profundamente escondidas nas criptas do epitélio intestinal de camundongos adultos, uma técnica especial de microinjeção foi usada durante o desenvolvimento embrionário inicial dos camundongos. Isso ocorre porque, nesse estágio inicial de desenvolvimento, o intestino ainda está virado do avesso, tornando-o mais acessível à introdução de modificações genéticas direcionadas.

Enorme potencial – uma ampla gama de aplicações

Os resultados do estudo mostram que a nova técnica pode ser usada para estudar a função do gene no epitélio intestinal durante o desenvolvimento e em animais adultos. Além disso, o método tem o potencial de identificar genes que têm impacto na carcinogênese, envelhecimento e interações entre o microbioma (as bactérias no intestino) e o hospedeiro.

A principal vantagem deste método é que ele permite que telas genéticas in vivo sejam realizadas no epitélio intestinal intacto de camundongos e possivelmente também em outros órgãos modelo. Assim, todas as regiões do trato gastrointestinal, incluindo estômago, intestino delgado e cólon, podem ser geneticamente modificadas e estudadas.

O que também é significativo é que essa técnica pode ser aplicada a outros órgãos derivados do endoderma, como pâncreas, fígado, bexiga e pulmão, de modo que o método pode ser extremamente benéfico também em outras áreas de pesquisa. O desenvolvimento desse método é de grande importância para o estudo desses órgãos e pode acelerar principalmente as descobertas sobre a biologia, função e desenvolvimento de doenças do epitélio intestinal.

Fornecido por Leibniz-Institut für Altersforschung – Fritz-Lipmann-Institut eV (FLI)