“Hard times”: A rigidez do microambiente regula o relógio biológico da glândula mamária

Fonte:https://facerepo.com/app/faces/details/time-for-milking-150b5f4eae0

 

Por Ana Zen, PhD  Post doc no e-Signal lab. Departamento de Bioquímica, Instituto de Química USP. Resenha do artigo de Yang et.al., 2017. Cellular Mechano-environment regulates the mammary circadian clock, Nature Communications. doi:10.1038/ncomms14287

A maioria dos processos biológicos seguem ritmos naturais, e são amplamente coordenados por um mecanismo circadiano intrínseco. Este relógio molecular influencia o ciclo diário de diversos organismos, incluindo os humanos (1). Periodos de luz/ escuridão e outros estímulos ambientais,como estações do ano e duração do dia, ajudam a definir os ciclos circadianos, de forma que eles permaneçam regulares no dia-a-dia .  Em mamíferos, o ciclo circadiano é controlado por uma região do cérebro denominada núcleo supraquiasmático que está ligado ao quiasma óptico e recebe diretamente informações de claro/escuro do ambiente (2). O núcleo supraquiasmático apresenta neurônios que exibem um padrão circadiano de atividade e regulam a secreção temporal de melatonina pela glândula pineal (3). O ciclo circadiano é fundamental para o comportamento e homeostase. Permite ao organismo antecipar e se preparar para mudanças físicas no ambiente que estão associadas com a noite e o dia (1). Estudos em animais, revelaram que as desregulações do ciclo circadiano estão relacionadas com obesidade e doenças metabólicas como diabetes (4). Além disso, outro estudo demonstrou a relação entre trabalho em turno noturno e o aumento da susceptibilidade a desenvolver diabetes (5). Assim como o ciclo dormir /acordar, o metabolismo e a diferenciação celular são processos endogenamente influenciados pelo relógio circadiano (4). Ao nível molecular, as oscilações circadianas dependem do loop regulado pelos complexo ativador BMAL1/CLOCK, complexo repressor Period (PER)/Cryptochrome (CRY) e o complexo auxiliar REV-ERB/ROR. (6, 2, 7). O ciclo de 24 horas, regulado por esses fatores, coordena a expressão gênica global de forma tecido-específico em cartilagem e tendão (8, 9).

O estudo “Cellular Mechano-enviroment regulates the mammary circadian clock”, publicado recentemente na Nature communications, caracterizou o mecanismo de regulação circadiana na glândula mamária (10). Os autores mostraram que num modelo ex vivo de camundongos transgênicos que expressam PER2 fusionado a Luciferase (PER2:Luc), explantes de glândula mamária apresentaram variações rítmicas na expressão de PER2. Além disso, uma análise de microarray revelou a regulação cíclica de genes ligados a função progenitora/epitelial (integrina α6, Pkrcε, p21, Bcar) da glândula, o que reforçou a noção que a fisiologia da glândula mamaria pode depender da ativação/repressão do relógio circadiano.

De forma interessante, uma mutação sistêmica no gene CLOCK que inativa o complexo BMAL1/CLOCK resultou em produção insuficiente de leite pela glândula mamária. Os níveis rítmicos de prolactina no soro eram reduzidos nos animais mutantes, assim como foi observada a redução do peso médio de filhotes na gestação (11). Ciclo circadiano funcional não é necessário para a reprodução e desenvolvimento, mas é essencial é essencial para o período perinatal e pós-parto, o que pode estar relacionado ao comprometimento da função da glândula mamária (12).  Alguns estudos já haviam relatado que alterações no ciclo circadiano que impactam a determinação funcional de células progenitoras são processos que ocorrem naturalmente, o que é evidente durante o envelhecimento (13). Neste contexto, a comparação entre a amplitude do ciclo circadiano na glândula mamária de indivíduos jovens e idosos demonstrou que o envelhecimento está relacionado à atenuação do ciclo circadiano. No entanto, observou-se que as células de animais jovens e idosos isoladas (fora do contexto do microambiente) respondem de forma semelhante aos estímulos circadianos, indicando que a regulação do ritmo circadiano poderia ser condicionada por fatores extracelulares, como sinais do microambiente.

Uma alteração relacionada ao envelhecimento que já foi bem estabelecida é a alteração da rigidez do microambiente da glândula mamária (14). O grupo decidiu então investigar o efeito de alterações mecânicas desencadeadas pelo aumento da rigidez tecidual. Primeiramente, os autores observaram que os tecidos mamários de animais idosos eram mais rígidos que os tecidos de animais jovens. Esses resultados somados a organização alterada de fibras colágenas, indicariam que as alterações na composição e densidade do microambiente estão correlacionadas a menor responsividade ao ciclo circadiano durante o envelhecimento. No entanto, os autores observaram que independentemente do tratamento com componentes da matriz extracelular, que favorecem a diferenciação (laminina) ou favorecem a proliferação (colágeno e fibronectina), os ambientes mais rígidos suprimem a amplitude do ciclo circadiano, o que indica que a amplitude do ritmo circadiano depende de propriedades mecânicas da matriz e não de sua composição. Para investigar a relação entre mecanotransdução, rigidez do ambiente e a responsividade ao ritmo circadiano, os autores avaliaram o complexo de mecanotransdução formado pela adesão célula-matriz e o eixo vinculin-RhoA-ROCK. Eles demonstraram, através do uso de ferramentas moleculares e inibidores farmacológicos, que a integridade da maquinaria de mecanotransdução é essencial para que os efeitos sejam eficazes na glândula mamária.

O ciclo circadiano na glândula mamária de camundongo não é resiliente ao envelhecimento. Talvez este processo esteja relacionado a passagem do período reprodutivo e a redução da demanda de uma regulação tão minuciosa (15). O trabalho de Yang e colaboradores demonstrou com experimentos bem delineados e robustos que a dependência de características físicas do microambiente pode bloquear nas células da glândula mamária murina a sensibilidade ao ritmo circadiano. Apesar das similaridades moleculares, celulares e fisiológicas, camundongos e humanos apresentam diferenças importantes na idade reprodutiva e no envelhecimento (16). A extrapolação direta de resultados produzidos em camundongos para humanos em estudos de envelhecimento e reprodução pode não ter relevância.

É importante ressaltar que a glândula mamária apresenta uma remodelação a cada ciclo estral: a glândula “imatura” sofre uma expansão seguida por uma fase de regressão, caso não exista necessidade de lactação, ou seja, quando não há gestação (17). A remodelação da glândula mamária durante o ciclo estral requer uma regulação dos compartimentos epiteliais e estromais em resposta a sinalização sistêmica e aos sinais vindos do microambiente (18).  Contudo, não encontramos na literatura dados correlacionando ciclo estral e alterações mecanicas do microambiente. Sabe-e que a composição e organização da matriz resultaria na regulação mecânica do microambiente e da arquitetura tecidual da glândula mamária. Neste contexto, e levando em consideração as alterações físicas da MEC, seria interessante estudar se há correlação entre o ciclo circadiano com a regulação hormonal que influencia as alterações estrais na glândula. Além disso, seria interessante investigar se há alterações no ciclo circadiano no microambiente tumoral que comumente apresenta fibrose e rigidez aumentada.

Referências

  1. Bell-Pedersen, et.al., 2005 Nature Reviews Genetics.
  2. Ko & Takahashi, 2006 Human Molecular Genetics
  3. EE Benarroch, 2008 Neurology
  4. Summa& Turek, 2014 Advances in Nutrition
  5. Pan et al, 2011 Plos Medicine
  6. Baumann, 2011 Nature Reviews Molecular Cell Biology
  7. Buhr & Takahashi 2013 Handbook Experimental Pharmacology
  8. Gossan, et.al., 2013 Arthritis Rheumatology
  9. Yeung, et.al., 2014 Scientific Reports
  10. Yan,al., 2017 Nature Comunication
  11. Hoshino et.al., 2006 Endocrinology
  12. Dolatshadal. 2006 Human Reproduction
  13. Nakamura, et.al., 2011 Journal of Neuroscience
  14. Wu, et. Al., 2011 Ageing Res Rev.
  15. Lloyd Demetrius, 2005 Embo
  16. Boden, 2006 Reproduction
  17. Gjorevski& Nelson, 2011 Nature Reviews Molecular Cell Biology
  18. Khokha & Werb, 2011 Cold Spring Harb Perspective in Biology