Publicação
Unveiling the integration of redox and bioelectric phenomena in vertebrate regeneration
| Resumo: | Regeneração, ou a capacidade de recuperar a forma e função em caso de lesão em larga escala, é um processo complexo. Múltiplas vias bioquímicas e biofísicas têm vindo a ser reveladas como importantes para a regeneração epimórfica. Entre elas, as espécies reativas de oxigénio (ROS) e a densidade de corrente elétrica (JI) modulam a regeneração. No entanto, a relação entre os sinais bioquímicos e biofísicos durante a regeneração permanece evasiva. Aqui, investiga-se a interação entre os estados redox (parte bioquímica) e bioelétrico (parte biofísica) na regeneração caudal de girinos Xenopus laevis. Uma regulação de duas vias das atividades bioelétricas pelos ROS é revelada. O fluxo de eletrões conduzido pelas NADPH oxidases (propriedade eletrogénica) despolariza o potencial de membrana (Vm), enquanto os ROS (propriedade catalítica) aumentam o potencial transepitelial (TEP) e revertem a JI durante a regeneração. A depleção dos ROS por inibição da produção, eliminação ou bloqueio da sua difusão para o interior das células, mimetiza os TEP e JI anormais do período refratário (não regenerativo). Crucialmente, a aplicação breve de peróxido de hidrogénio (H2O2) recupera (do decréscimo de ROS) e induz (do período refratário) regeneração, aumento do TEP e reversão do JI. Assim, H2O2 é necessário à e suficiente para induzir a regeneração e para regular os TEP e JI. Ensaios de epistasia mostram que os canais de Na+ dependente de voltagem (NaV) atuam a jusante de H2O2. Um micro-ótrodo detalhado é usado para traçar o perfil espácio-temporal de fluxo de O2 durante a regeneração. O perfil revela um aumento no influxo de O2, após amputação, que se correlaciona com a regeneração. A inibição da produção de ROS, mas não a sua eliminação, diminui a magnitude do influxo. Assim, a produção de ROS é responsável pela maior parte da força motriz que impulsiona o O2. Tanto o O2 como os ROS contribuem para a pressão parcial de O2, afetando a hipóxia e consequente estabilização do fator induzível pela hipóxia (HIF). Notavelmente, o bloqueio de HIF-1α impede a regeneração, enquanto a sua estabilização induz a regeneração no período refratário. A proteína de choque térmico (HSP) 90 é um potencial e a reversão do JI é um de facto alvo a jusante de HIF-1α. Em conjunto, estes resultados revelam a orquestração de atividades redox e bioelétricas e integram-nas durante a regeneração de um vertebrado. Estas descobertas poderão ser importantes para induzir a regeneração epimórfica no corpo humano, provavelmente a derradeira meta da medicina regenerativa. |
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| Autores principais: | Ferreira, Fernando Ricardo da Silva |
| Assunto: | Fenómenos redox Fenómenos bioelétricos Integração Regeneração Xenopus laevis Redox phenomena Bioelectric phenomena Integration Regeneration Ciências Naturais::Ciências Biológicas |
| Ano: | 2020 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | Regeneração, ou a capacidade de recuperar a forma e função em caso de lesão em larga escala, é um processo complexo. Múltiplas vias bioquímicas e biofísicas têm vindo a ser reveladas como importantes para a regeneração epimórfica. Entre elas, as espécies reativas de oxigénio (ROS) e a densidade de corrente elétrica (JI) modulam a regeneração. No entanto, a relação entre os sinais bioquímicos e biofísicos durante a regeneração permanece evasiva. Aqui, investiga-se a interação entre os estados redox (parte bioquímica) e bioelétrico (parte biofísica) na regeneração caudal de girinos Xenopus laevis. Uma regulação de duas vias das atividades bioelétricas pelos ROS é revelada. O fluxo de eletrões conduzido pelas NADPH oxidases (propriedade eletrogénica) despolariza o potencial de membrana (Vm), enquanto os ROS (propriedade catalítica) aumentam o potencial transepitelial (TEP) e revertem a JI durante a regeneração. A depleção dos ROS por inibição da produção, eliminação ou bloqueio da sua difusão para o interior das células, mimetiza os TEP e JI anormais do período refratário (não regenerativo). Crucialmente, a aplicação breve de peróxido de hidrogénio (H2O2) recupera (do decréscimo de ROS) e induz (do período refratário) regeneração, aumento do TEP e reversão do JI. Assim, H2O2 é necessário à e suficiente para induzir a regeneração e para regular os TEP e JI. Ensaios de epistasia mostram que os canais de Na+ dependente de voltagem (NaV) atuam a jusante de H2O2. Um micro-ótrodo detalhado é usado para traçar o perfil espácio-temporal de fluxo de O2 durante a regeneração. O perfil revela um aumento no influxo de O2, após amputação, que se correlaciona com a regeneração. A inibição da produção de ROS, mas não a sua eliminação, diminui a magnitude do influxo. Assim, a produção de ROS é responsável pela maior parte da força motriz que impulsiona o O2. Tanto o O2 como os ROS contribuem para a pressão parcial de O2, afetando a hipóxia e consequente estabilização do fator induzível pela hipóxia (HIF). Notavelmente, o bloqueio de HIF-1α impede a regeneração, enquanto a sua estabilização induz a regeneração no período refratário. A proteína de choque térmico (HSP) 90 é um potencial e a reversão do JI é um de facto alvo a jusante de HIF-1α. Em conjunto, estes resultados revelam a orquestração de atividades redox e bioelétricas e integram-nas durante a regeneração de um vertebrado. Estas descobertas poderão ser importantes para induzir a regeneração epimórfica no corpo humano, provavelmente a derradeira meta da medicina regenerativa. |
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