Os Defeitos no fluxo fluido cerebrospinal podem contribuir à escoliose durante a adolescência

Um estudo novo nos zebrafish sugere que o líquido irregular corra através da coluna espinal trazida sobre por mutações genéticas esteja ligado a um tipo de escoliose que pode afectar seres humanos durante a adolescência. Encontrado nos seres humanos e nos zebrafish, estes transformaram dano dos genes o pestana-minúsculo cabelo-como as projecções que alinham o canal espinal e o ajudam a mover o líquido - e ao conduzir a uma curvatura da espinha.

Os Pesquisadores da Universidade de Princeton e da Universidade de Toronto encontraram que quando repararam os genes transformados das pestanas, restauraram o fluxo fluido cerebrospinal e puderam impedir que as curvas espinais se tornem. Se translatable aos seres humanos, o estudo poderia conduzir a uma aproximação não-cirúrgica para tratar a circunstância conhecida como a escoliose idiopática, que não tem nenhuma causa conhecida e afecta aproximadamente três de cada 100 adolescentes. A pesquisa foi publicada o 10 de junho pela Ciência do jornal.

“Esta é a primeira sugestão de um mecanismo biológico para a escoliose idiopática,” disse Rebecca Burdine, professor adjunto da biologia molecular em Princeton, e um autor superior do estudo. “Nós esperamos que esta pesquisa abrirá áreas novas do inquérito a respeito de como os rompimentos ao fluxo fluido cerebrospinal normal podem conduzir à curvatura espinal.”

O laboratório de Burdine conduziu o estudo em colaboração com uma equipe conduzida por Brian superior Ciruna autor, um professor adjunto da genética molecular na Universidade de Toronto e um cientista superior no Hospital para Crianças Doentes em Toronto.

“Tradicional, as teorias em relação à biologia atrás da escoliose idiopática revolveram em torno dos defeitos no osso, cartilagem ou actividade neuromuscular,” Ciruna disse. “Encontrar que os defeitos no fluxo fluido cerebrospinal podem contribuir à escoliose veio como uma surpresa. Não é uma teoria que seja posta lá fora previamente.”

O estudo é o primeiro para ligar a curvatura espinal às mutações nos genes que governam as pestanas motile, que colam para fora das pilhas e fazem síncrono chicote-como movimentos para empurrar o líquido através das passagens estreitas tais como a coluna espinal.

Sive Côr De Avelã, um professor na biologia no Whitehead Institute para a Pesquisa Biomedicável em Massachusetts Institute of Technology que não foi envolvida no estudo, é um perito no uso dos zebrafish estudar a revelação vertebrada.

“Este estudo é uma etapa importante para a frente na curvatura espinal subjacente compreensiva dos eventos,” Sive disse. “Em um grupo de experiências elegante, os autores aproveitam-se do sistema proeminente dos zebrafish para definir o esse pestanas funcionam e o fluxo fluido talvez cerebrospinal é exigido para a revelação normal da medula espinal.”

Os Pesquisadores no laboratório de Burdine tinham observado que os genes de mutante que interrompem curvas espinais do produto da mobilidade das pestanas nos zebrafish como adultos, embora o trabalho não seja publicado. “Eu apresentei este que encontro por anos, mas não tive uma maneira de ligar este trabalho à doença humana,” Burdine disse. “Colaborar com o grupo de Brian ajudou-nos a fazer esta relação.”

A pesquisa Precedente pelo laboratório de Ciruna revelou que as mutações em um gene encontrado nos zebrafish e nos seres humanos chamaram causas da tirosina kinase-7 (ptk7) da proteína curvatura espinal durante um período de crescimento rápido que corresponde à adolescência nos zebrafish. Publicado nas Comunicações da Natureza do jornal em 2014, os resultados, sugeridos que os peixes do mutante poderiam servir como um modelo para estudar a circunstância. Os pesquisadores souberam que o gene ptk7 joga um papel em pilhas de ajuda oriente no sentido correcto durante a revelação embrionária, mas não souberam que igualmente governou a formação de pestanas motile.

Para explorar como as mutações ptk7 conduzem à curvatura da espinha nos zebrafish, Curtis Boswell, um aluno diplomado na Universidade de Toronto, examinou os cérebros e as medulas espinais dos peixes com ptk7 transformado. Nas regiões do cérebro conhecidas como os ventrículos, que se sentam na parte superior da medula espinal, as pestanas motile eram escassas e deformado e os peixes desenvolveu uma condição do cérebro-inchamento chamada a hidrocefalia, que é associada com a perda de função das pestanas. Usando tinturas fluorescentes para seguir o fluxo do líquido cerebrospinal através dos ventrículos, os pesquisadores viram que o fluxo era irregular e mais lento do que o normal.

Quando os pesquisadores introduziram uma versão não-transformada do gene ptk7 especificamente nos tecidos que abrigam pestanas motile, a hidrocefalia desapareceu, o líquido cerebrospinal começou a fluir normalmente e a espinha endireitou.

“Nós demonstramos que se nós poderíamos restaurar a função do gene nos tecidos ciliated motile, nós poderíamos restaurar o fluxo fluido cerebrospinal, e nós poderíamos realmente impedir a escoliose nestes mutantes,” Ciruna disse.

Os pesquisadores igualmente testaram outras mutações genéticas das motile-pestanas para ver se interrompem o fluxo fluido cerebrospinal e causam a curvatura da espinha. Os Grimes de Daniel, um investigador associado pos-doctoral, e Nicholas Morante, um aluno diplomado, ambos no laboratório de Burdine no Departamento de Princeton da Biologia Molecular, estudaram quatro tais mutações nos genes chamados ccdc40, ccdc151, dyx1c1 e c21orf59. Encontraram que todas as quatro mutações genéticas conduziram à curvatura da espinha nos zebrafish.

Os pesquisadores encontraram que o dano à função motile das pestanas ocorre e conduz ao início da escoliose durante a adolescência para zebrafish, um período de crescimento rápido. Aproveitaram-se da temperatura-sensibilidade do gene do mutante c21orf59, que pode ser de ligar/desligar comutado controlando a temperatura. Mantiveram embriões dos zebrafish em 25 graus de Celsius (77 graus de Fahrenheit), que desliga a mutação, de modo que os peixes não desenvolvam defeitos embrionários.

Os pesquisadores moveram então grupos de peixes envelhecidos 19-, 24-, 29 - ou 34 dia-velhos a um tanque ajustado em 30 graus de Celsius (86 degreees Fahrenheit), que girou a mutação sobre e parou o fluxo fluido espinal pestana-conduzido. Os peixes que foram comutados ao tanque mais morno em 19 dias, que corresponde à adolescência, formaram curvas espinais. Contudo, pesque que foi deslocado ao tanque mais morno nas idades 24 e 29 dias desenvolveram respectivamente umas curvas mais suaves, e os peixes deslocaram na idade que 34 dias não desenvolveram curvas.

“Junto com o grupo de Burdine nós definimos um indicador crítico para pestanas motile funcionamos e fluxo fluido cerebrospinal na revelação normal da espinha,” Ciruna disse. “Este indicador parece estar não durante a embriogénese e não na idade adulta, mas especificamente quando os peixes estão crescendo ràpida, ou seja adolescência dos peixes.”

Adicionalmente, a revelação de curvas espinais nestes peixes adolescentes podia ser obstruída comutando os peixes de volta ao tanque mais fresco. “Isto fornece o prova--princípio que a revelação de curvaturas espinais da escoliose idiopática severa pode ser controlada sem manipulação cirúrgica invasora,” os autores escreveu na Ciência.

Diversas linhas adicionais de evidência apontam às relações entre a deficiência orgânica motile das pestanas, rompimento cerebrospinal do fluxo fluido e escoliose idiopática, Burdine disse. Por exemplo, os indivíduos com discinesia ciliary preliminar, uma desordem genética rara que cause defeitos no movimento das pestanas que alinham as vias respiratórias, têm um risco elevado para a escoliose. Também, a escoliose é predominante nos seres humanos com condições tais como os tumores que obstruem o fluxo fluido cerebrospinal.

O passo seguinte será compreender os mecanismos por que interrompeu causas cerebrospinais do fluxo fluido a espinha para se curvar, Burdine disse.

“Agora que nós podemos estudar a escoliose idiopática nos zebrafish,” disse, “nós podemos começar a identificar os caminhos moleculars que são envolvidos na curvatura da espinha, e esperançosamente, encontramos alvos terapêuticos para endereçar esta circunstância.”

Source: Universidade de Princeton

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Princeton University