Pesquisadores mostraram como mutações em genes chave de actina podem levar a cérebros anormalmente pequenos em crianças com síndrome de Baraitser-Winter. Usando organoides cerebrais humanos cultivados em laboratório, a equipe descobriu que essas mutações alteram a orientação das divisões de células progenitoras cerebrais iniciais e esgotam populações cruciais de células-tronco, fornecendo um mecanismo celular para a microcefalia associada à síndrome.
Um esforço colaborativo de cientistas do Centro Alemão de Primatas – Instituto Leibniz de Pesquisa em Primatas, Escola de Medicina de Hanôver e Instituto Max Planck de Biologia Celular e Genética Molecular identificou um mecanismo celular que ajuda a explicar a microcefalia na síndrome de Baraitser-Winter.
O raro distúrbio de desenvolvimento é causado por mutações missense nos genes de actina ACTB e ACTG1, que codificam isoformas de actina citoplasmática ubiquitárias que são componentes centrais do citoesqueleto – o andaime interno que molda as células e suporta o transporte intracelular.
Para investigar como essas mutações prejudicam o crescimento cerebral, os pesquisadores geraram células-tronco pluripotentes induzidas a partir de células da pele doadas por indivíduos com síndrome de Baraitser-Winter e as diferenciaram em organoides cerebrais tridimensionais que modelam o desenvolvimento inicial do cérebro humano. De acordo com um resumo do Centro Alemão de Primatas e o estudo em EMBO Reports, os organoides derivados de células de pacientes eram cerca de um quarto menores do que os de doadores saudáveis após cerca de 30 dias de crescimento, e as regiões internas semelhantes a ventrículos, onde células progenitoras dão origem a células nervosas iniciais, também estavam significativamente reduzidas em tamanho.
Uma análise detalhada dos organoides revelou uma mudança nas populações de células-tronco e progenitoras neurais. O número de células progenitoras apicais nas regiões semelhantes à zona ventricular – o principal reservatório de progenitores que impulsiona a expansão do córtex cerebral – estava marcadamente reduzido, enquanto os progenitores basais, que normalmente surgem mais tarde no desenvolvimento, eram relativamente mais abundantes. O artigo da EMBO Reports liga essa mudança à orientação alterada do plano de clivagem durante a mitose: em vez de divisões predominantemente verticais em ângulo reto que favorecem a auto-renovação de progenitores apicais, muitas divisões em células mutantes ocorreram horizontalmente ou em ângulos oblíquos, promovendo delaminação e conversão em progenitores basais e, assim, limitando o crescimento cerebral.
"Nossos achados fornecem a primeira explicação celular para a microcefalia em pessoas com a rara síndrome de Baraitser-Winter", disse Indra Niehaus, primeira autora do estudo e pesquisadora associada na Escola de Medicina de Hanôver, em declarações divulgadas pelo Centro Alemão de Primatas e veículos de notícia associados.
Microscopia de alta resolução e eletrônica mostrou ainda anormalidades sutis, mas consistentes, na superfície ventricular dos organoides, incluindo formas celulares irregulares, aumento de protrusões entre células vizinhas e níveis incomumente altos de tubulina nas junções celulares. Embora a arquitetura geral do tecido permanecesse reconhecível, os autores relatam que essas irregularidades do citoesqueleto e morfológicas são provavelmente suficientes para alterar a orientação da divisão celular e aumentar a taxa em que os progenitores apicais se desprendem da zona ventricular.
Para confirmar que as mutações de actina em si causam esses defeitos, a equipe usou edição genômica CRISPR/Cas9 para introduzir a mesma mutação associada à Baraitser-Winter em uma linhagem de células-tronco humanas de outra forma saudável. Organoides cerebrais cultivados a partir das células editadas reproduziram o tamanho reduzido e as anormalidades de células progenitoras vistas em organoides derivados de pacientes, apoiando uma ligação causal direta entre a mutação de gene único e o desenvolvimento cerebral inicial disruptivo.
"Uma única mudança no citoesqueleto é suficiente para perturbar o curso do desenvolvimento cerebral inicial", observou Michael Heide, líder do grupo no Centro Alemão de Primatas e autor sênior do estudo, na comunicação de imprensa do instituto.
O trabalho, publicado na EMBO Reports sob o título "Cerebral organoids expressing mutant actin genes reveal cellular mechanism underlying microcephaly", sublinha o valor dos organoides cerebrais para modelar distúrbios neurodesenvolvimentais humanos. De acordo com comentários da equipe de pesquisa, os achados podem ajudar clínicos a interpretar e classificar melhor variantes genéticas em pacientes com suspeita de síndrome de Baraitser-Winter. Os autores também sugerem que, embora intervenções diretas durante o desenvolvimento cerebral fetal inicial sejam altamente desafiadoras, terapias futuras que modulam interações entre actina e microtúbulos poderiam, em princípio, oferecer novas vias para tratamento.
