À medida que o corpo envelhece, a função dos órgãos diminui progressivamente e aumenta o risco de uma ampla gama de doenças, incluindo doenças cardiovasculares, câncer e doenças neurodegenerativas. Compreender como o corpo envelhece é uma área de pesquisa intensa, pois potencialmente iluminará maneiras de promover o envelhecimento saudável.
Pesquisadores do Baylor College of Medicine, Chan Zuckerberg Biohub San Francisco, Genentech, Inc. e instituições colaboradoras estão abrindo um caminho nessa direção. Eles relatam no jornal Ciência, o primeiro Aging Fly Cell Atlas (AFCA), uma caracterização detalhada do processo de envelhecimento em 163 tipos distintos de células na mosca da fruta de laboratório. Sua análise aprofundada revelou que diferentes tipos de células no corpo envelhecem de maneira diferente, cada tipo de célula seguindo um processo envolvendo padrões específicos de tipo de célula. A AFCA fornece um recurso valioso para pesquisadores nas comunidades de moscas-das-frutas e envelhecimento como uma referência para estudar o envelhecimento e doenças relacionadas à idade e para avaliar o sucesso das estratégias anti-envelhecimento.
“A pesquisa mostrou que, por exemplo, algumas células como os neurônios no cérebro vivem mais do que as células do revestimento intestinal, que são substituídas por novas com frequência”, disse o co-autor Dr. Hongjie Li, professor assistente de estudos moleculares e humanos. genética e o Huffington Center on Aging em Baylor. Ele também é membro do Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center de Baylor. “Nossa equipe está interessada em entender melhor como diferentes tipos de células envelhecem de maneira diferente e, para esse fim, analisamos em detalhes várias características biológicas de tipos de células individuais como moscas-das-frutas envelhecidas naturalmente em laboratório. A mosca-das-frutas é um modelo bem conhecido para estudam as condições humanas. Cerca de 75% dos genes associados a doenças humanas têm contrapartes funcionalmente semelhantes na mosca.”
Dr. Stephen Quake, professor Lee Otterson de Bioengenharia e Física Aplicada na Universidade de Stanford e co-autor correspondente do Ciência papel, disse que o novo atlas fornece um poderoso recurso de acesso aberto para os cientistas entenderem melhor a biologia do envelhecimento. “Através de uma colaboração altamente produtiva, nossa equipe criou um mapa excepcionalmente detalhado de como a expressão gênica muda com o envelhecimento em uma ampla gama de tipos de células na mosca”, disse Quake, também chefe de ciência da Chan Zuckerberg Initiative (CZI). “Como a maioria desses genes tem papéis semelhantes nas pessoas, esse conjunto de dados oferece um ponto de vista único para começar a decifrar por que muitas doenças humanas graves surgem mais tarde na vida”.
À medida que as moscas envelheciam, os pesquisadores coletaram amostras quando os animais tinham 30, 50 e 70 dias de idade (o último equivale a uma pessoa de 80 anos). Em cada momento, a equipe realizou o sequenciamento de RNA de núcleo único para analisar as mudanças na expressão gênica em células individuais em diferentes órgãos e comparou os resultados com os de moscas jovens (5 dias de idade). A equipe examinou quatro características diferentes do envelhecimento: alterações na composição celular, número de genes expressos diferencialmente, alteração no número de genes expressos e declínio da identidade celular. Eles descobriram que, à medida que as moscas envelhecem, essas características mudam como um grupo de acordo com os padrões específicos do tipo de célula.
“Descobrimos que o envelhecimento afeta a composição celular em toda a mosca”, disse Li. As células do corpo adiposo estavam entre os tipos de células que mais aumentaram em número, enquanto as células musculares diminuíram mais. Os neurônios, porém, não apresentaram grandes mudanças no número de células durante a vida da mosca-das-frutas. “Além disso, a análise dos genes expressos por diferentes tipos de células ao longo do tempo revelou que as células adiposas mostram a maior diferença entre o número de genes expressos em moscas-das-frutas jovens e velhas”, disse Li.
Os pesquisadores também descobriram que cerca de 80% de todos os tipos de células analisadas diminuíram o número de genes expressos e 20% aumentaram esse número. “Planejamos estudar o mecanismo dessa observação no futuro”, disse o co-primeiro autor Dr. Tzu-Chiao Lu, associado de pós-doutorado no Huffington Center on Aging.
A equipe também investigou se os programas de expressão de genes celulares que definem a mudança de identidade celular à medida que os animais envelhecem. “Por exemplo, em comparação com o marcador de identidade do músculo de voo Nig1 em moscas jovens, o marcador em moscas mais velhas diminuiu drasticamente, enquanto outros marcadores começaram a aparecer à medida que as moscas envelheceram”, disse Li.
“Aprendemos que cada uma das quatro características do envelhecimento que estudamos mede um aspecto diferente da célula e que nenhuma característica se aplica a todos os tipos de células”, disse Li. “A combinação de todas as características do envelhecimento nos levou a descobrir padrões únicos de envelhecimento específicos para cada tipo de célula e compará-los revelou descobertas úteis e interessantes. Por exemplo, os neurônios no cérebro envelhecem lentamente, enquanto as células musculares, adiposas e hepáticas envelhecem muito mais rápido. Além disso, células- padrões de envelhecimento específicos do tipo podem variar de acordo com o gênero.”
“Uma observação crítica deste estudo é que os padrões de envelhecimento específicos do tipo de célula nas células podem ser usados para avaliar a idade biológica, ou seja, o estado de envelhecimento relativo de um organismo, independente de sua idade cronológica”, disse o co-autor Dr. Heinrich Jasper, membro principal da Genentech Inc. “Isso fornecerá mais informações sobre fatores, como dietas, medicamentos e doenças, que podem alterar a trajetória do envelhecimento e, portanto, tornar um organismo ‘mais jovem’ ou ‘mais velho’ do que sua idade cronológica.”
“Esperamos que os pesquisadores explorem as possibilidades que o AFAC oferece a uma variedade de campos científicos, incluindo genética, biologia celular e fisiologia”, disse Li. A equipe desenvolveu um portal de dados amigável e fornece acesso por meio da plataforma CELLxGENE da CZI. Todos os recursos podem ser acessados em https://hongjielilab.org/afca.