Novo modo de fechamento do tubo neural defeituoso no não

Scientific Reports volume 5, Número do artigo: 16917 (2015) Citar este artigo

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A falha no fechamento do tubo neural resulta em defeitos congênitos, com gravidade variando de espinha bífida a anencefalia letal. Poucos fatores de risco genéticos para defeitos do tubo neural são conhecidos em humanos, destacando o papel crítico dos fatores de risco ambientais, como o diabetes materno. No entanto, não é bem compreendido como o metabolismo materno alterado interfere no desenvolvimento embrionário e na neurulação em particular. Apresentamos evidências de dois modelos independentes de camundongos de gravidez diabética que identificam a migração prejudicada de células mesodérmicas nascentes na linha primitiva como a base morfogenética subjacente à patogênese dos defeitos do tubo neural. Concluímos que a gastrulação perturbada não apenas explica os defeitos da neurulação, mas também fornece uma etiologia unificadora para o amplo espectro de malformações congênitas em gestações diabéticas.

A falha no fechamento do tubo neural resulta em defeitos congênitos1,2, com gravidade variando de espinha bífida oculta assintomática e casos de espinha bífida corrigíveis cirurgicamente a condições letais como exencefalia e anencefalia. Aproximadamente 400 genes foram identificados no camundongo onde mutações causam ou contribuem para defeitos de neurulação3,4. Em contraste, comparativamente poucos fatores de risco genéticos são conhecidos em humanos5, destacando o papel crítico de fatores de risco ambientais, como deficiência de ácido fólico6 ou diabetes materno7,8,9,10. No entanto, apesar do melhor suprimento de ácido fólico na dieta e melhor controle glicêmico, a incidência de defeitos do tubo neural (DTNs) foi reduzida apenas parcialmente11,12. O risco existente de defeitos do tubo neural exige uma melhor compreensão de como os fatores ambientais interferem no desenvolvimento embrionário em geral e na neurulação em particular.

A cepa de camundongos diabéticos não obesos (NOD), que é propensa a desenvolver diabetes autoimune espontaneamente, é um modelo estabelecido para diabetes tipo I humano13,14. Os embriões de gestações diabéticas de NOD são afetados por uma taxa muito alta de defeitos do tubo neural15 (NTDs) e defeitos cardíacos16,17, outra característica da teratogenicidade do diabetes. Relatamos aqui que a suplementação periconcepcional com ácido folínico em mães diabéticas NOD reduziu a incidência de DTN de 40,2% para 21% (p = 0,006, Suplementar Fig. 1). Assim, paralelamente às gestações humanas, os NTDs neste modelo são parcialmente responsivos ao folato.

Inesperadamente, descobrimos que em embriões de mães NOD hiperglicêmicas, a placa neural exibia tecido ectópico saliente em vários locais ao longo do eixo ântero-posterior (Fig. 1a-f). As saliências foram estritamente limitadas a gestações diabéticas e ocorreram em 25,3% dos embriões aos 8,5 dias de gestação (E8.5). Para testar se as saliências eram exclusivas da linhagem NOD, induzimos hiperglicemia em fêmeas da linhagem FVB com estreptozotocina18, resultando em uma incidência de DTN de 21,6%19. Em E8.5, 12,9% dos embriões FVB expostos à hiperglicemia exibiram saliências (Fig. 1g,h). A aparência geral, a localização ao longo do eixo ântero-posterior e a organização interna (Fig. 1k) das saliências foram notavelmente semelhantes ao fenótipo dos embriões NOD expostos. Assim, essas malformações não são uma peculiaridade do background genético da cepa NOD, mas decorrem da hiperglicemia materna grave (Tabela Suplementar 1) comum a ambos os modelos experimentais.

Fenótipo de protrusão da placa neural em embriões de gestações diabéticas.

(a) a (d), Embriões de gestações diabéticas da cepa NOD com saliências (triângulos), geralmente em localizações caudais. (e), embrião NOD com uma saliência no nível do rombencéfalo, rostral à frente de fechamento do tubo neural; vista lateral; inserção: vista da superfície dorsal do embrião. (f), embrião NOD com duas saliências: uma pequena na região do mesencéfalo e outra maior na região do tronco. Inserir: seções virtuais através de áreas de placas neurais não afetadas (superior) e afetadas (inferior). Em comparação com a região não afetada, a área afetada por uma saliência exibe uma organização geral normal, com exceção de uma protuberância na linha média. Essa protuberância tem uma camada externa semelhante e contígua ao neuroepitélio e um núcleo onde os núcleos celulares são esparsos. (g,h), Embriões de gestações diabéticas da cepa FVB exibem saliências semelhantes às observadas na cepa NOD. O embrião no painel g tem duas dessas malformações: uma pequena na extremidade caudal do prospectivo rombencéfalo e uma maior na região do tronco caudal. (i–k), Imagens derivadas da reconstrução tridimensional de dados de imagem confocal de embriões inteiros corados com DAPI. (i), Mesmo embrião do painel e, mostrado com uma superfície (roxo) calculada a partir de dados de volume. A saliência no nível do rombencéfalo é claramente discernível. (j), Dois aspectos de um plano de seção parassagital virtual em apresentação de 'livro aberto'. A saliência é contígua ao neuroepitélio, com o núcleo exibindo uma menor densidade de núcleos celulares corados por DAPI, reminiscentes do caráter mesenquimal. (k), apresentação 'Open-book' do embrião FVB mostrado no painel h. A aparência morfológica das saliências é semelhante em embriões NOD e FVB expostos ao diabetes.