pmid: "30363995"
title: "Regulação Farmacológica do Estresse Oxidativo em Células-Tronco."
authors: "Lee J, Cho YS, Jung H, Choi I"
journal: "Oxidative medicine and cellular longevity"
pubdate: "2018"
doi: "10.1155/2018/4081890"
source: "PMC Full Text"

Regulação Farmacológica do Estresse Oxidativo em Células-Tronco.

Autores

Lee J, Cho YS, Jung H, Choi I

Periodico

Oxidative medicine and cellular longevity (2018)

Conteudo

Regulação Farmacológica do Estresse Oxidativo em Células-Tronco
O estresse oxidativo resulta de um desequilíbrio entre a produção de espécies reativas de oxigênio (ROS) e os mecanismos de defesa antioxidante. A regulação da autorrenovação e diferenciação de células-tronco é crucial para o desenvolvimento inicial e a homeostase tecidual. Relatos recentes sugerem que o equilíbrio entre autorrenovação e diferenciação é regulado pelo estado celular de oxidação-redução (redox); portanto, o estudo da regulação de ROS na medicina regenerativa surgiu para desenvolver protocolos que regulam a diferenciação e manutenção adequadas de células-tronco para aplicações clínicas. Nesta revisão, apresentamos os papéis definidos do estresse oxidativo em células-tronco pluripotentes (PSCs) e células-tronco hematopoiéticas (HSCs) e discutimos as potenciais aplicações de abordagens farmacológicas para regular o estresse oxidativo na medicina regenerativa.

1. Introdução
   As espécies reativas de oxigênio (ROS) são originalmente consideradas um subproduto prejudicial produzido intracelularmente através do metabolismo aeróbico nas mitocôndrias. No entanto, estudos recentes sugerem que as ROS regulam funções fisiológicas e biológicas em processos celulares. As ROS são estritamente reguladas por enzimas e moduladores antioxidantes sob condições fisiológicas normais. O acúmulo excessivo de ROS ocorre em certas condições e, assim, torna a desintoxicação além da capacidade do sistema de defesa celular antioxidante difícil. O estresse oxidativo resultante da produção excessiva de ROS e de sistemas antioxidantes comprometidos pode afetar a proliferação, diferenciação, mutações genômicas, envelhecimento e morte de células-tronco. O equilíbrio entre autorrenovação e diferenciação de células-tronco é crítico para a homeostase tecidual ao longo da vida de um organismo, e relatos recentes de células-tronco embrionárias e adultas mostraram que esse equilíbrio é regulado pelas ROS. Assim, a regulação do estado redox é importante para manter a função das células-tronco e é crítica para a decisão do destino das células-tronco (Figura 1).
   Na medicina regenerativa, as células-tronco são desenvolvidas para substituir tecidos danificados; portanto, a diferenciação e manutenção adequadas das células-tronco são processos cruciais para aplicações clínicas. Os mecanismos regulatórios do estresse oxidativo e do estado redox devem ser totalmente definidos antes que as células-tronco sejam usadas em ensaios clínicos. Para regular o estresse oxidativo em células-tronco, muitos grupos de pesquisa encontraram vias de sinalização críticas e sugeriram suas próprias abordagens farmacológicas para mediá-las. Portanto, revisaremos a função, as vias de sinalização críticas e a regulação farmacológica do estresse oxidativo em células-tronco pluripotentes (PSCs) e células-tronco hematopoiéticas (HSCs).
2. Estresse Oxidativo em Células-Tronco Pluripotentes
   As CEPs, incluindo as células-tronco embrionárias (CTEs) e as células-tronco pluripotentes induzidas (CTPIs), possuem as propriedades únicas de sofrer autorrenovação infinita e reter pluripotência para se diferenciar em todos os tipos de células do corpo; portanto, as CEPs representam uma fonte valiosa de células para aplicações em medicina regenerativa. O equilíbrio entre a autorrenovação e a diferenciação das células-tronco é crítico para o processo de desenvolvimento e a homeostase tecidual. Estudos recentes mostraram que essa manipulação do destino das células-tronco é parcialmente regulada por EROs, que medeiam o estado de oxidação-redução (redox) das células como um segundo mensageiro. Níveis baixos de EROs são necessários para a manutenção das CEPs, enquanto o estresse oxidativo devido ao aumento da produção de EROs e sistemas de eliminação de EROs danificados pode levar à instabilidade genômica, diferenciação, morte e/ou envelhecimento das CEPs. Aqui, apresentamos as vias de sinalização, os papéis e funções significativos das EROs, e a regulação farmacológica do estresse oxidativo na capacidade de auto-renovação, pluripotência e reprogramação das CEPs (Figura 2).

2.1. Estresse Oxidativo na Auto-renovação
Nos estágios iniciais do desenvolvimento embrionário, as CTEs residem em um microambiente hipóxico, onde as células usam a glicólise para produzir rapidamente níveis muito baixos de ATP; no entanto, durante o processo de diferenciação, a produção de ATP aumenta via fosforilação oxidativa (OxPhos), que por sua vez gera EROs. Assim, não é surpreendente que as CEPs tenham as características únicas de apenas algumas mitocôndrias com morfologia imatura, baixo consumo de oxigênio, enzimas glicolíticas ou antioxidantes aumentadas e uma fase G1 do ciclo celular encurtada, que permitem proliferação rápida, replicação de DNA e reprodução de biomassa em comparação com células diferenciadas tipicamente quiescentes.
As CEPs são sensíveis à senescência induzida por H2O2, e entram em um estado transitório de parada do ciclo celular na fase G2/M com capacidade de auto-renovação. Além disso, as CEPs mantêm recuperação clonal, integridade genômica e pluripotência quando cultivadas em condições hipóxicas. A característica de auto-renovação das CEPs é especialmente sensível a mudanças sutis na sinalização de EROs, originadas da mutagênese do DNA mitocondrial (DNAmt) que está associada a um aumento de H2O2 mitocondrial. Dois antioxidantes diferentes, N-acetil-L-cisteína (NAC) e ubiquinona direcionada à mitocôndria (MitoQ), resgatam e melhoram eficientemente a auto-renovação das CEPs, indicando que as funções das CEPs são moduladas pelos níveis de EROs mitocondriais. Curiosamente, os componentes de baixa dose de um coquetel antioxidante (ascorbato, glutationa e α-tocoferol) também afetam a atividade de eliminação de radicais livres e, por sua vez, melhoram a qualidade e estabilidade das CEPs; no entanto, antioxidantes em altas doses que resultam em uma supressão extrema do nível de EROs regulam negativamente as cinases relacionadas ao reparo do DNA e, inversamente, causam instabilidade genômica das CEPs (Figura 2). Portanto, as CEPs são altamente sensíveis ao estresse oxidativo e afetadas pelo controle fino dos antioxidantes.

2.2. Estresse Oxidativo na Pluripotência
As mudanças metabólicas entre a glicólise e a OxPhos são acompanhadas pela diferenciação das PSCs. O aumento da glicólise por meio da hipóxia e a supressão da OxPhos, que levam concomitantemente à diminuição dos níveis de ROS, promovem a manutenção e proliferação das PSCs, reprimindo assim a diferenciação. Os níveis endógenos de ROS são aumentados pela inibição mediada pela sirtuína 1- (SIRT1-) da função antioxidante de p53. SIRT1, uma histona desacetilase classe III dependente de NAD+ que promove a longevidade, também está envolvida nas funções das PSCs ao regular a expressão dependente de p53 do marcador de pluripotência Nanog. SIRT1 é suprimida precisamente durante a diferenciação das PSCs humanas, resultando na reativação de genes do desenvolvimento, como os reguladores da morfogênese neuroretiniana DLL4, TBX3 e PAX6. Outro regulador celular antioxidante, forkhead box O 1 (FoxO1), é essencial para manter a pluripotência das ESCs humanas mediada pela ativação direta do fator de transcrição de ligação ao octâmero 4 (Oct4) e da região determinante do sexo Y-box 2 (Sox2), que regulam o circuito da pluripotência. Da mesma forma, a superóxido dismutase 1 (Sod1) também é modulada por Oct4, Sox2 e Nanog, sugerindo uma relação central entre homeostase redox e pluripotência nas PSCs.

Por outro lado, a ativação forçada da OxPhos levou à perda das propriedades das células-tronco e ao aumento das alterações de diferenciação. Por exemplo, a proteína desacopladora 2 (UCP2), que é um guardião da oxidação de substratos de carbono, desempenha um papel importante na regulação do metabolismo e diferenciação das PSCs. Para alcançar a diferenciação em cardiomiócitos funcionais, as PSCs devem ser convertidas para utilizar preferencialmente o metabolismo oxidativo mediado mitocondrialmente, mais eficiente. Em particular, os circuitos energéticos dependentes da mitocôndria são reguladores-chave da cardiogênese e da regeneração cardíaca. Essas acentuadas diferenças metabólicas entre PSCs e cardiomiócitos facilitam a purificação em larga escala de cardiomiócitos a partir de PSCs, pois o cultivo com meio depleto de glicose contendo lactato abundante resulta na sobrevivência apenas de cardiomiócitos. Além disso, a diferenciação das PSCs em células musculares lisas vasculares (VSMCs) mostrou ser dependente da sinalização de H2O2 induzida pela regulação positiva da NADPH oxidase 4 (Nox4), que contribui para a produção de ROS. A função redox da endonuclease apurínica/apirimidínica (AP) 1/fator redox 1 (Ape/Ref1) também é crítica para a diferenciação das ESCs de camundongos em direção à linhagem hematopoiética, e a tiorredoxina (Trx) está envolvida na regulação da atividade de Oct4. O selênio, que aumenta as atividades antioxidantes dos sistemas glutationa e Trx, é capaz de reduzir moderadamente o aumento da produção de ROS por Nox4, promovendo assim a diferenciação vascular de ESCs humanas (Figura 2). Em conjunto, a decisão do destino das PSCs pode ser regulada diretamente pelo estado redox celular, que é influenciado pelas mudanças metabólicas das PSCs.
2.3. Estresse Oxidativo na Reprogramação Somática
A reprogramação celular somática em iPSCs pela transdução forçada de uma combinação de fatores de reprogramação definidos, a saber, Oct4, Sox2, fator 4 tipo Kruppel (Klf4) e c-Myc (OSKM, denominados "fatores de Yamanaka"), é um grande avanço tecnológico na biologia de células-tronco e na medicina regenerativa; esse avanço fornece uma maneira de produzir PSCs personalizadas específicas do paciente. No entanto, permanecem preocupações em relação a questões técnicas, incluindo a baixa eficiência e segurança da geração de iPSCs para sua aplicação terapêutica.

Semelhante à embriogênese inicial que ocorre em nichos hipóxicos, as condições hipóxicas, que aumentam a glicólise, desempenham um papel importante na reprogramação celular somática. Dessa forma, a eficiência da geração de iPSCs de camundongos e humanos é maior em condições hipóxicas (1% e 5% de O2) do que em condições normóxicas (21% de O2). Além disso, a geração de iPSCs é alcançada com apenas dois dos quatro fatores (Oct4 e Klf4) quando cultivados em condições hipóxicas. Os fatores induzíveis por hipóxia (HIFs) regulam não apenas genes relacionados à glicólise, como piruvato desidrogenase quinase-1 (PDK1), lactato desidrogenase (LDH) e glicogênio fosforilase hepática (PYGL), mas também redes transcricionais que controlam a pluripotência, como Oct4, Sox2 e Nanog, todos associados à reprogramação celular somática. Em particular, o HIF-2α, mas não o HIF-1α, liga-se diretamente aos elementos de resposta à hipóxia (HREs) previstos nos promotores proximais de Oct4, Sox2 e Nanog em PSCs humanas apenas sob condições de hipóxia (5% de O2); dessa forma, o HIF-2α ajuda a regular a função das PSCs. Essas descobertas sugerem que as condições hipóxicas aumentam a pluripotência induzida, consistente com as respostas observadas para os fenótipos das PSCs.
Durante a reprogramação celular somática, células transduzidas com fatores de reprogramação OSKM apresentam níveis substancialmente elevados de ROS e estresse oxidativo tanto in vitro quanto in vivo. ROS também são produzidos pelo estresse metabólico, e níveis aumentados de ROS levam a danos celulares, senescência e apoptose. A taxa de sobrevivência das células reprogramadas pode ser reduzida pelo aumento dos níveis de ROS, conforme sugerido pelas observações mencionadas de geração aprimorada de iPSC sob condições hipóxicas. Além disso, o estresse oxidativo suprime a capacidade de gerar ou manter PSCs, indicando que a produção de ROS induzida pelos fatores de reprogramação é desfavorável para a geração de iPSC. A suplementação com antioxidantes, como N-acetilcisteína (NAC) ou vitamina C (Vc), previne esse dano, e a geração de iPSC é aprimorada com significativamente menos variações no número de cópias (CNVs) de novo (Figura 2). Paradoxalmente, a depleção dos níveis de ROS por antioxidantes ou inibidores de Nox no início da reprogramação diminui substancialmente a eficiência da geração de iPSC. No entanto, a produção excessiva de ROS também pode prejudicar a eficiência da geração de iPSC, e os níveis de enzimas antioxidantes são elevados no final da reprogramação. Esses dados indicam que níveis ideais de ROS são necessários para iniciar e manter o processo eficiente de reprogramação de células somáticas in vitro para pluripotência.

Curiosamente, OSKM induz dois destinos celulares diferentes in vivo: reprogramação em um subconjunto de células e senescência em muitas outras células vizinhas. Células senescentes liberam fatores parácrinos, como interleucina-6 (IL6), para as células circundantes, que promovem a reprogramação e a desdiferenciação. Assim, condições biológicas associadas à senescência celular, como dano tecidual e envelhecimento, contribuem positivamente para um microambiente permissivo para a reprogramação in vivo, o que parece contraditório em relação à reprogramação in vitro. Foi demonstrado que IL6 induz a produção de ROS em células como neurônios, monócitos e neutrófilos, induzindo um ambiente pró-oxidante. Paradoxalmente, IL6 também pode induzir uma resposta adaptativa ao estresse oxidativo em tecidos normais de modelos de lesão. Portanto, a senescência induzida por OSKM in vivo aumenta a plasticidade celular, que está ligada à regeneração tecidual e ao rejuvenescimento do organismo, embora estudos adicionais sejam necessários.
A transição metabólica de OxPhos para glicólise também é crítica para a reprogramação celular somática. Como mencionado acima, as iPSCs reprogramadas apresentam uma dependência aumentada da glicólise sob condições de metabolismo aeróbico, com supressão deliberada de OxPhos, semelhante ao efeito Warburg em células cancerígenas. A pluripotência induzida e a tumorigênese são processos graduais que compartilham muitas semelhanças com a transformação imortal de células somáticas. De fato, o acúmulo de intermediários glicolíticos é essencial para a proliferação rápida e minimiza danos induzidos por ROS tanto em CEPs quanto em células cancerígenas. Significativamente, os fatores de reprogramação conhecidos possuem potencial oncogênico; por exemplo, Oct4/Sox2 estão correlacionados a carcinomas, e Klf4/c-Myc são oncogenes bem conhecidos. Também foi relatado que c-Myc aumenta a glicólise e inibe OxPhos, e Lin28, que também está associada à tumorigênese e reprogramação, promove o metabolismo da glicose. Além disso, a inibição do gene supressor de tumor p53, que aumenta a glicólise como mencionado acima, também potencializa a reprogramação celular somática. Da mesma forma, PS48, que é um potente ativador de PDK1; frutose 2,6-bifosfato (Fru-2,6-P2); frutose 6-fosfato (F6P); 2,4-dinitrofenol (DNP); N-oxaloilglicina (NOG); quercetina; e inibidores mitocondriais (por exemplo, antimicina A, rotenona e KCN), que estão envolvidos na transição metabólica de OxPhos para glicólise, facilitam a reprogramação celular somática, enquanto moléculas pequenas, como 2-desoxiglicose (2-DG), ácido 3-bromopirúvico (BrPA), 6-aminonicotinamida (6-AN), oxalato e dicloroacetato (DCA), que estão associados a OxPhos, diminuem a eficiência da geração de iPSCs (Figura 2). Esses dados sugerem que uma transição metabólica do catabolismo oxidativo para a glicólise anaeróbica é crucial para a geração eficiente de iPSCs.
As iPSCs humanas e de camundongos são reprogramadas pela transdução forçada dos mesmos fatores de Yamanaka, mas o estado celular das iPSCs é distinto entre humanos e camundongos. As iPSCs humanas são reprogramadas para um estado preparado semelhante às ESCs humanas, enquanto as iPSCs de camundongos são reprogramadas para um estado ingênuo semelhante às ESCs de camundongos. As principais diferenças entre as CTPs preparadas e ingênuas estão na sua derivação de competência de linhagem germinativa, estados epigenéticos, padrões de expressão de genes de pluripotência e específicos de linhagem, requisitos de sinalização para autorrenovação e metabolismo central do carbono. Em particular, as CTPs ingênuas utilizam mais a OxPhos do que as CTPs preparadas, que dependem quase inteiramente da glicólise. Ainda não está claro se essa diferença é semelhante às situações in vivo em que os embriões primeiro utilizam a OxPhos mitocondrial, mas depois mudam para a glicólise anaeróbica após a implantação. Estudos atuais sugerem que a mudança metabólica nas CTPs depende das condições de cultura ou dos fatores de pluripotência que estão envolvidos na regulação da maquinaria epigenética para modular os estados de pluripotência ingênuo e preparado. Assim, a reprogramação metabólica para os subestados pluripotentes das CTPs pode exigir um equilíbrio fino entre o ambiente extrínseco contendo nutrientes e/ou níveis de oxigênio e as necessidades intrínsecas mediadas pelos fatores de pluripotência; no entanto, o mecanismo subjacente à reprogramação metabólica das CTPs permanece amplamente desconhecido.

3. Estresse Oxidativo em CTHs

As CTHs são um tipo de células-tronco adultas que sofrem hematopoiese para reabastecer as linhagens sanguíneas maduras ao longo da vida de um organismo. Por muitas décadas, as CTHs foram usadas para tratar doenças hematológicas e imunológicas. No entanto, seu número limitado impede a aplicação mais confiável e ampla das terapias baseadas em CTHs, e muitas tentativas de propagar CTHs in vitro falharam, principalmente porque a autorrenovação e a capacidade regenerativa in vivo são perdidas rapidamente em cultura. Assim, análises genéticas usando modelos animais mutantes identificaram reguladores essenciais, e estudos de transcriptoma, epigenoma e proteoma forneceram insights importantes sobre a biologia das CTHs.

As CTHs residem em nichos hipóxicos na medula óssea (MO), e esse ambiente hipóxico presumivelmente garante que as CTHs sejam protegidas de grande parte do estresse oxidativo e possam manter sua capacidade de autorrenovação. As CTHs precisam ser protegidas de níveis elevados de ROS para evitar a exaustão das células-tronco; no entanto, a produção contínua e baixa de ROS levará à falta de função das células-tronco. Em última análise, níveis equilibrados de ROS são cruciais para manter o pool de células-tronco e a imunidade do hospedeiro durante condições de homeostase e estresse. Relatos recentes sugeriram o papel crucial das ROS na regulação da diferenciação, autorrenovação, migração e equilíbrio entre quiescência e proliferação nas CTHs. Aqui, apresentamos as ROS como reguladores emergentes da decisão do destino, motilidade e envelhecimento das CTHs e também descrevemos as abordagens farmacológicas na regulação das ROS nas CTHs (Figura 3).

3.1. Estresse Oxidativo nas Decisões de Destino das CTHs
Células-tronco hematopoiéticas (CTHs) quiescentes dependem principalmente da glicólise para a produção de energia e, em comparação com a fosforilação oxidativa mitocondrial, a glicólise é muito menos eficiente para a produção de energia, mas é boa para manter baixos níveis de ROS nas CTHs. Os reguladores do estresse oxidativo são altamente enriquecidos nas CTHs e ativam respostas robustas ao estresse oxidativo para eliminar as ROS. Recentemente, muitos grupos de pesquisa em células-tronco relataram extensas interações entre as CTHs e seu nicho por meio de uma variedade de fatores solúveis, como Wnt, BMP, TPO, IL-3 e IL-6; várias moléculas de adesão, incluindo CXCL12-CXCR4 e N-caderina; e diferentes vias de sinalização, incluindo SCF/c-Kit, Jagged/Notch e angiopoietina-1/Tie2 (Ang-1/Tie2); essas interações fornecem um ambiente especial que suporta a autorrenovação e a sobrevivência das CTHs e as ajuda a permanecerem quiescentes.

No sistema hematopoiético, os níveis celulares de ROS são consideravelmente mais baixos nas CTHs do que nas células linhagem-diferenciadas, e as CTHs permanecem principalmente em estado quiescente. As CTHs quiescentes de repovoamento de longo prazo são caracterizadas por baixos níveis de ROS. O aumento dos níveis de ROS intensifica o ciclo das CTHs e promove a exaustão do pool de células-tronco. As CTHs quiescentes apresentam baixas taxas metabólicas e presumivelmente produzem menos ROS, que são capazes de causar danos oxidativos. O fator induzível por hipóxia-1 α (HIF-1 α) é ativado nas CTHs e desloca o metabolismo celular da respiração mitocondrial para a glicólise, limitando assim a produção de ROS; sem o HIF-1 α, as CTHs perdem sua capacidade de regulação de ROS e sua capacidade de repovoamento de longo prazo. A presença da proteína ataxia telangiectasia mutada (ATM) é necessária para a autorrenovação e quiescência das CTHs, pois limita os níveis de ROS. Camundongos deficientes em ATM apresentaram um defeito na função das CTHs associado a níveis elevados de ROS, e a capacidade de repovoamento das CTHs Atm−/− foi resgatada pelo tratamento com N-acetil-L-cisteína (NAC). As CTHs Foxo3a−/− apresentaram níveis aumentados de ROS e atividade de p38 MAPK, além de uma manutenção defeituosa da quiescência; os camundongos Foxo3a−/− eram sensíveis à lesão mielotóxica induzida por 5-FU.
Um grupo de pesquisa comprovou a relação entre ROS e diferenciação hematopoiética. O papel crítico das ROS na decisão da linhagem de progenitores mieloides foi comprovado, e altos níveis intracelulares de ROS foram observados em células progenitoras de granulócitos-monócitos. Os autores também mostraram que os níveis intracelulares de ROS em progenitores mieloides comuns (CMPs) estavam inversamente correlacionados com seu potencial de diferenciação em MEP. Células-tronco hematopoiéticas de longa duração (LT-HSCs) com deficiência dupla de AKT 1 e AKT 2 apresentaram defeitos na capacidade de repopulação e na regulação de ROS. As células com dupla deficiência foram sensíveis a aumentos farmacológicos de ROS e mostraram capacidade de diferenciação aumentada com tratamento com BSO. Em resposta ao aumento dos níveis de ROS, a p38 MAPK limita a vida útil das HSCs in vivo, e a inibição da p38 MAPK pelo tratamento com SB203580 resgatou os defeitos induzidos por ROS na capacidade de repopulação das HSCs e na manutenção da quiescência das HSCs. A interrupção do receptor CXCR4 em camundongos levou à produção de ROS, ativação de p38 MAPK, indução de quebras de dupla fita no DNA e apoptose em HSCs. O aumento dos níveis de ROS é diretamente responsável pela exaustão do pool de HSCs e da capacidade de repopulação. As quinases de receptores acoplados à proteína G (GRKs) estão criticamente envolvidas nas respostas imunes através da regulação de receptores de citocinas em leucócitos maduros. Camundongos GRK6−/− exibem linfocitopenia, perda de HSCs e múltiplas populações progenitoras, levando assim a uma diferenciação linfoide comprometida, em grande parte devido à auto-renovação prejudicada das HSCs. A GRK6 está envolvida na sinalização de ROS, e o tratamento com o sequestrador de ROS ácido α-lipóico resgatou parcialmente a perda de HSCs. O fator estimulador de colônias de granulócitos (G-CSF) é usado para tratar leucopenia induzida por radioterapia ou quimioterapia em pacientes e pode causar contagens baixas sustentadas de glóbulos brancos no sangue periférico (PB). Esse efeito adverso é causado pela proliferação e diferenciação de HSCs induzidas por G-CSF, que prejudicam a auto-renovação das HSCs e podem exaurir a capacidade da medula óssea (BM) de agravar a lesão de BM de longo prazo induzida por radiação ionizante (IR). O aumento do dano às HSCs foi associado ao aumento da produção de ROS, ativação de p38 MAPK e indução de senescência em HSCs.
Muitos fármacos radioprotetores foram desenvolvidos para proteger a lesão hematopoiética do estresse da irradiação. A melatonina (N-acetil-5-metoxitriptamina, MLT) e o ácido α-lipóico (LA) conjugado com 5-metoxitriptamina-ácido α-lipóico (MLA) diminuíram os níveis de ROS em células hematopoiéticas ao inibir a expressão de NOX4 sob condição de irradiação corporal total. O MLA previne notavelmente a síndrome hematopoiética induzida por radiação. A amifostina é um sequestrador de ROS e um fármaco radioprotetor aprovado pela Administração de Alimentos e Medicamentos dos EUA (FDA) e protege progenitores hematopoiéticos primitivos contra a citotoxicidade da quimioterapia. A injeção de Xuebijing (XBJ) era uma medicina tradicional chinesa e também protegia a lesão hematopoiética ao diminuir a produção de ROS através do aumento dos níveis de glutationa (GSH) e superóxido dismutase (SOD) no soro.
A exposição ao ar durante a coleta limitou o rendimento de HSCs da medula óssea (MO) e do sangue de cordão umbilical (SCU). As HSCs perderam sua capacidade de repopulação de longo prazo, e as células progenitoras aumentaram nas células da MO e do SCU sob ar ambiente não fisiológico. Para limitar a produção de ROS e a diferenciação de HSCs, eles coletaram e manipularam HSCs sob condição de hipóxia (3% O2) e compararam com HSCs colhidas ao ar. Um número até 5 vezes maior de HSCs foi recuperado pela colheita hipóxica em comparação com a colheita ao ar. Este fenômeno foi mediado pela produção de ROS ligada à ciclofilina D (CypD), p53 e ao poro de transição de permeabilidade mitocondrial (MPTP). Curiosamente, a inibição de CypD usando ciclosporina A (CSA), um inibidor de pequena molécula de CypD, antagonizou a indução de MPTP, reduziu ROS e aumentou o rendimento de HSCs e a eficácia do seu transplante.

Recentemente, muitos relatos sugeriram que a função das células vizinhas era crucial para a regulação de ROS das HSCs nos nichos da MO. Em particular, as células endoteliais (CEs) são componentes dos vasos sanguíneos e regulam o tráfego e a manutenção das HSCs na MO. Um grupo relatou que os vasos sanguíneos arteriais eram menos permeáveis e mantinham as HSCs em um estado baixo de ROS, enquanto os sinusoides mais permeáveis promoviam a ativação de células-tronco e progenitoras hematopoiéticas (HSPCs) e eram usados como local de tráfego de leucócitos. O aumento da permeabilidade dos vasos sanguíneos poderia aumentar os níveis de ROS, a migração e a diferenciação das HSPCs ao penetrar no plasma, carregando fatores indutores de ROS. A maioria das HSCs está presente em locais perivasculares em contato próximo com sinusoides ou arteríolas. As CEs arteriais na MO (CEaMO) criaram um nicho vascular endosteal para HSCs quiescentes não ativas, enquanto as CEs sinusoidais (CEsMO) constituem um local de tráfego de leucócitos ou local de ativação de HSPCs. As CEaMO apresentaram níveis mais baixos de ROS e maior captação de glicose e têm estrutura anatômica e assinatura metabólica diferentes em comparação com as CEsMO. As CEs estão expostas ao oxigênio no sangue e se desenvolveram para eliminar o excesso de ROS e dependem principalmente da glicólise para evitar a produção de ROS via fosforilação oxidativa. A glicólise nas CEs pode permitir que elas regulem os níveis de ROS nas células e em seus arredores e contribuam para servir como um local ideal para a manutenção das HSCs na MO. Outras células vizinhas, incluindo megacariócitos (MKs) e células de Schwann não mielinizantes, secretam fator de crescimento transformador β (TGF-β), que é conhecido como um fator de nicho para regular a dormência das HSCs no nicho da MO.
No geral, a importância de ROS como um regulador crítico da quiescência e diferenciação das HSCs foi revelada por estudos de vias de sinalização in vitro e in vivo e desafios farmacológicos (Figura 3).
3.2. Estresse Oxidativo na Motilidade das HSCs
As HSCs residem na medula óssea (MO) e podem migrar da MO para o sangue periférico (SP) sob condições de estresse, como parte dos mecanismos de defesa e reparo do hospedeiro. O movimento das HSCs do nicho osteoblástico para o nicho vascular ou SP é regulado pelos níveis de ROS nas HSCs. Um grupo de pesquisa dividiu as HSCs em populações ROSbaixo e ROSalto e, em seguida, analisou suas diferenças funcionais. A população ROSbaixo apresentou maior quiescência, potencial de autorrenovação e níveis de receptor de cálcio, N-caderina, Notch1 e p21, e residia no nicho osteoblástico de baixo oxigênio; no entanto, a população ROSalto apresentou exaustão significativa das HSCs após transplante seriado e ativação de p38 MAPK e alvo mamífero da rapamicina (mTOR), e residia no nicho vascular de alto oxigênio. A inibição farmacológica das vias p38 e mTOR por SB203580 e rapamicina restaurou as funções das HSCs ROSalto.

O G-CSF pode mobilizar grandes quantidades de células hematopoiéticas da medula para a circulação, com detecção de células progenitoras aumentadas de todas as linhagens nos baços de camundongos tratados com G-CSF. Estudos em animais indicaram que progenitores hematopoiéticos sem G-CSFR foram mobilizados com eficiência equivalente àqueles que expressam o receptor. No entanto, nos camundongos em que todas as células hematopoiéticas não possuíam G-CSFR, essas células falharam completamente em mobilizar. A resposta das células hematopoiéticas ao G-CSF é essencial para a mobilização das HSCs e é indireta; além disso, uma resposta específica de HSCs individuais ao G-CSF não é necessária. Um grupo relatou que o G-CSF induz a expressão de c-Met e a mobilização de células progenitoras hematopoiéticas. A administração de G-CSF causa regulação positiva transitória do fator-1 derivado de células estromais (SDF-1) e, subsequentemente, ativa a sinalização do receptor de quimiocina CXC-4 (CXCR4) para a produção do fator de crescimento de hepatócitos (HGF). O HGF se liga ao c-Met e, assim, ativa a sinalização do c-Met para regular a via de sinalização mTOR/FOXO3a. Em última análise, essa sinalização causa a produção de ROS e promove a saída de células-tronco e progenitoras hematopoiéticas da MO.
CXCL12 é uma citocina secretada por osteoblastos, células endoteliais e células-tronco e progenitoras mesenquimais reticulares; além disso, CXCL12 induz a migração e mobilização ativa de células-tronco e progenitoras, que é aumentada por ROS, JNK e MMP9. No entanto, a CXCL12 ligada à membrana celular é essencial para a quiescência, retenção e autorrenovação das células-tronco quando apresentada pelo estroma da medula óssea. Níveis elevados de ROS promovem a secreção de CXCL12 e, em seguida, induzem a mobilização das CTH. O CXCR4 é um receptor principal de CXCL12 e também é regulado pelo estresse oxidativo. As ROS regulam a atividade do fator nuclear (derivado de eritróide 2) relacionado ao fator 2 (Nrf2), e o Nrf2 induz a expressão de CXCR4 agindo diretamente no promotor de CXCR4. As interações estáveis de CXCL12-CXCR4 são essenciais para manter as células-tronco em um estado quiescente, não móvel e com baixos níveis de ROS, sugerindo que a sinalização de CXCL12 pode limitar os níveis de ROS. O antagonista de CXCR4 AMD3100 foi aprovado pela primeira vez em 2008 pela Food and Drug Administration (FDA) dos EUA para uso em combinação com G-CSF na mobilização de CTH; atualmente, o AMD3100 é comumente utilizado em todo o mundo para esse fim. Os antagonistas de CXCR4 mobilizam as CTH ao bloquear a atividade de retenção de CXCL12.
A molécula de adesão celular vascular 1 (VCAM-1) se liga à integrina alfa-4 (VLA-4), que é expressa por osteoblastos, e a VCAM-1 se liga à VLA-4 nas células endoteliais. As ROS estão envolvidas na modulação da função das células endoteliais para promover a migração de linfócitos dependente de VCAM-1. A interação adesiva VLA-4/VCAM1 é interrompida durante a mobilização de CTH induzida por G-CSF. Um inibidor de molécula pequena da ligação de VLA-4, BIO5192, foi desenvolvido e, como esperado, aumenta o grau de mobilização induzido por G-CSF em camundongos.
O lipídio bioativo esfingosina-1-fosfato (S1P) é um quimioatrativo para células hematopoéticas, incluindo CTH, e essa atividade é mediada por uma série de receptores acoplados à proteína G, S1P1–S1P5, sendo o S1P1 o principal receptor nas CTH. O S1P está presente em altas concentrações no plasma e em baixas concentrações nos tecidos, incluindo a medula óssea, fornecendo um gradiente adequadamente direcionado. Amplificar o gradiente de S1P entre o sangue e a medula óssea fornece um mecanismo potencial para aumentar o tráfico de CTH para o sangue periférico. Em conjunto, a motilidade das CTH é regulada pelos níveis de ROS nas CTH ou no microambiente da medula óssea (Figura 3).
3.3. Estresse Oxidativo no Envelhecimento das CTH
O envelhecimento de órgãos está ligado ao declínio associado ao envelhecimento na função das células-tronco somáticas em vários sistemas modelo animais. O envelhecimento das HSCs é impulsionado por fatores intrínsecos e extrínsecos ligados ao comprometimento da autorrenovação e regeneração das células linhagens. Definir os mecanismos que regulam o processo de envelhecimento é importante para compreender doenças associadas ao envelhecimento e promover uma vida mais longa e saudável. Avanços recentes em estudos de envelhecimento de HSCs chegaram a um consenso sobre os fenótipos das HSCs envelhecidas. O número de HSCs aumenta tanto em camundongos quanto em humanos, e há duas a dez vezes mais HSCs presentes na MO envelhecida do que na MO jovem. Em ensaios de transplante em série, as HSCs envelhecidas exibem capacidade de repopulação diminuída como consequência de menor capacidade de autorrenovação a longo prazo e estresse replicativo elevado no ciclo celular e diminuição da biogênese ribossômica. Além disso, as HSCs envelhecidas perdem sua capacidade de homing para a MO, e HSCs jovens e envelhecidas ocupam nichos distintos dentro da MO. As HSCs envelhecidas exibem adesão prejudicada às células estromais e podem então se mobilizar melhor para o SP. Genes mieloides são upregulated em HSCs envelhecidas, o que é consistente com seu viés mieloide. Recentemente, numerosos estudos têm como objetivo provar os papéis causais das ROS no envelhecimento de HSCs em vários sistemas modelo. As HSCs são relativamente sensíveis ao estresse oxidativo porque residem em um nicho hipóxico e são mantidas em um estado quiescente. Um aumento moderado nos níveis de ROS pode induzir defeitos de autorrenovação e diferenciação em HSCs via indução da senescência das HSCs, o que causa envelhecimento prematuro das HSCs. Portanto, a indução da senescência das HSCs resultante do aumento da produção de ROS tem sido implicada na patogênese da supressão da MO sob várias condições patológicas.

Em particular, as respostas a danos no DNA e o aumento dos níveis de ROS foram causalmente atribuídos ao envelhecimento das HSCs. Danos no DNA surgem constantemente de erros de replicação do DNA, reações químicas espontâneas e ataques de agentes externos ou derivados do metabolismo. Fontes endógenas de danos no DNA incluem erros de replicação e recombinação, hidrólise espontânea e metabólitos reativos, como ROS, criados como subprodutos do metabolismo celular. A ATM está envolvida em um ponto de verificação de danos no DNA e regula a autorrenovação das HSCs. Camundongos deficientes em ATM apresentaram falência da medula óssea após 24 semanas de idade devido a uma diminuição funcional nas HSCs resultante do aumento dos níveis de ROS. O aumento dos níveis de ROS levou à ativação da proteína quinase ativada por mitógeno p38 (MAPK), que por sua vez causou a upregulation dos inibidores de quinase dependente de ciclina (CDK) p16Ink4a e p19Arf. O tratamento com NAC restaurou a capacidade de repopulação das HSCs Atm−/−, resultando na prevenção da falência da medula óssea. A indução de p16INK4a e p19Arf em resposta ao aumento dos níveis de ROS pode levar à senescência celular nas HSCs Atm−/−. A capacidade de autorrenovação e a senescência celular das HSCs podem depender da inibição mediada por ATM do estresse oxidativo.
Camundongos com knockout condicional de Foxo1, Foxo3a e Foxo4 apresentaram expansão da linhagem mieloide e anormalidades no desenvolvimento linfoide, bem como uma diminuição marcante no compartimento negativo para linhagem Sca-1+, c-Kit+ (LSK) e atividade de repovoamento de longo prazo defeituosa, que se correlacionou com aumento da ciclagem celular e apoptose em HSCs. HSCs deficientes em FoxO também mostraram um aumento marcante nos níveis de ROS em comparação com HSCs do tipo selvagem. O tratamento in vivo com NAC resultou na reversão dos fenótipos de HSCs deficientes em FoxO. A irradiação corporal total (ICT) induz supressão da medula óssea (MO) de longo prazo, em parte, induzindo a senescência de HSCs através de ROS derivadas da NADPH oxidase 4 (NOX4). O tratamento com 3,5,4′-tri-hidroxi-trans-estilbeno (resveratrol), um potente antioxidante e suposto ativador da SIRT1, inibiu significativamente o aumento induzido por ICT na produção de ROS em HSCs e amenizou a lesão de MO de longo prazo induzida por ICT ao inibir o estresse oxidativo crônico induzido por radiação e a senescência em HSCs. A SIRT3 é uma sirtuína de mamífero que regula a acetilação global de proteínas mitocondriais e reduz o estresse oxidativo. A SIRT3 é altamente enriquecida em HSCs e suprimida em células hematopoiéticas diferenciadas. A SIRT3 é dispensável para a manutenção de HSCs e homeostase tecidual em idade jovem e sob condições homeostáticas, mas é essencial sob estresse e em idade avançada. A regulação positiva da SIRT3 melhora a capacidade regenerativa de HSCs envelhecidas. Foi sugerido que a SIRT3 regula a homeostase metabólica mitocondrial e reduz ROS em HSCs; adicionalmente, a degeneração associada ao envelhecimento pode ser revertida por sirtuínas.

HSCs envelhecidas mostraram um aumento nos níveis intracelulares de ânion superóxido (1,4 vez), peróxido de hidrogênio (2 vezes), óxido nítrico (1,6 vez) e peroxinitrito/hidroxila (2,6 vezes) em comparação com células jovens. Mitocôndrias e NADPHox foram as principais fontes de produção de ROS. CYP450 contribuiu em camundongos de meia-idade e envelhecidos, e apenas a xantina oxidase contribuiu em camundongos envelhecidos; danos ao DNA e apoptose aumentaram em camundongos de meia-idade (4,2 e 2 vezes, respectivamente) e envelhecidos (6 e 4 vezes, respectivamente), e camundongos envelhecidos exibiram comprimentos de telômeros significativamente mais curtos. Descobrimos que a proteína de interação com a tiorredoxina (TXNIP) regula ROS intracelulares em HSCs ao regular a atividade de p53 por meio de interação direta. Camundongos idosos deficientes em TXNIP exibiram níveis elevados de ROS em HSCs e mostraram uma redução na população de células hematopoiéticas. Camundongos deficientes em TXNIP foram mais sensíveis ao estresse oxidativo. TXNIP interagiu com a proteína p53 e induziu a atividade transcricional de p53 para regular positivamente genes antioxidantes. A transdução de TXNIP ou p53 em células da medula óssea de Txnip-/- resgatou a frequência de HSCs e aumentou grandemente a sobrevivência em camundongos após estresse oxidativo.
Recentemente, estudos de envelhecimento das CTH (células-tronco hematopoiéticas) relataram o conceito de rejuvenescimento em modelos animais. Um estudo mostrou que o jejum prolongado regula a sinalização de IGF-1/PKA e rejuvenesce os fenótipos associados ao envelhecimento, incluindo o viés mieloide, reduzindo a capacidade de repopulação de longo prazo das CTH envelhecidas. A atividade do alvo mamífero da rapamicina (mTOR) está aumentada em CTH envelhecidas. Para induzir a sinalização de mTOR, eles deletaram Tsc1, que codifica a proteína 1 do complexo da esclerose tuberosa (TSC), levando à ativação constitutiva de mTOR nas CTH. As CTH TSC−/− mostraram maior expressão de genes associados ao envelhecimento, incluindo p16, p19 e p21, e reduções na hematopoese e na linfopoese. A inibição da atividade de mTOR pela rapamicina aumenta a longevidade de camundongos envelhecidos e a capacidade de repopulação das CTH envelhecidas. Mohrin et al. relataram a interação entre a sirtuína 7 (SIRT7) e o fator respiratório nuclear 1 (NRF1). O NRF1 recrutou a SIRT7 para os promotores proximais de genes que codificam proteínas ribossômicas mitocondriais (mRPs) e fatores de tradução mitocondriais (mTFs). A SIRT7 reprimiu a expressão de mRPs e mTFs. As CTH SIRT7−/− mostraram um aumento na proliferação e exibiram uma redução de 40% em sua capacidade de reconstituir o sistema hematopoiético de camundongos receptores, além de apresentarem diferenciação com viés mieloide. A regulação positiva da SIRT7 melhorou a capacidade regenerativa das CTH envelhecidas. Outros grupos relataram que as CTH envelhecidas apresentaram maior expressão de Wnt5a e demonstraram o rejuvenescimento das CTH envelhecidas ao inibir a atividade de Cdc42 usando um inibidor específico de Cdc42 (CASIN).

Recentemente, descobrimos que a TXNIP regula o envelhecimento das CTH ao inibir a atividade da p38 MAPK por meio de interação direta. Além disso, um peptídeo derivado da TXNIP inibe a atividade da p38 MAPK e rejuvenesce as CTH envelhecidas ao reduzir os níveis de ERO. O eixo TXNIP/p38 MAPK regulou o envelhecimento das CTH causando uma maior frequência de CTH de longo prazo, desvio linhagem, diminuição do enxerto, aumento dos níveis de ERO e perda da polaridade da Cdc42. Um peptídeo conjugado a um peptídeo penetrante em células (CPP) (TN13) derivado do motivo de interação TXNIP-p38 inibiu a atividade da p38 nas CTH in vitro e in vivo, resgatou a capacidade de homing e rejuvenesceu as CTH envelhecidas. Sugerimos que o eixo TXNIP-p38 regula o envelhecimento das CTH e comprovamos o potencial farmacológico do TN13 para rejuvenescer CTH envelhecidas.

A partir de estudos de envelhecimento das CTH, pudemos constatar que o aumento dos níveis de ERO induziu o envelhecimento das CTH; no entanto, isso poderia ser reversível pela redução das ERO usando agentes rejuvenescedores (Figura 3).
Aqui, introduzimos que o estresse oxidativo desempenha um papel crítico como regulador da decisão do destino das células-tronco e descrevemos os mecanismos definidos de regulação do estresse oxidativo em células-tronco. As ERO regulam funções fisiológicas e biológicas em processos celulares e são rigorosamente reguladas por enzimas antioxidantes e moduladores em condições fisiológicas normais. Esses relatos mostraram que o equilíbrio entre a autorrenovação e a diferenciação das células-tronco é crítico para a homeostase tecidual ao longo da vida de um organismo, e esse equilíbrio é regulado pelas ERO em células-tronco embrionárias e adultas. O estresse oxidativo é regulado por vias intrínsecas ou extrínsecas e regula a proliferação, diferenciação, mutação genômica, envelhecimento e apoptose das células-tronco. Curiosamente, muitas das funções desreguladas das células-tronco sob estresse oxidativo foram reversíveis ou resgatadas ao direcionar vias de sinalização críticas usando abordagens farmacológicas ou superexpressão de genes específicos. Nesta revisão, discutimos as fontes e mecanismos de regulação do estresse oxidativo e sugerimos a possibilidade ou impacto da regulação farmacológica das ERO em células-tronco para medicina regenerativa ou ensaios clínicos. No entanto, a pesquisa com células-tronco enfrenta controvérsias éticas e políticas e limitações para estudos em modelos humanos ou animais. Portanto, precisamos desenvolver novos sistemas modelo para substituir modelos animais ou células primárias humanas. Recentemente, iPSCs e cultura celular tridimensional (3D) baseada em organoides e HSCs derivadas de CEE foram desenvolvidos para substituir animais ou células primárias. No futuro, a pesquisa com células-tronco será substituída por esses tipos de sistemas modelo.
Abreviaturas
ATM:
Ataxia telangiectasia mutada
CXCR4:
Receptor de quimiocina CXC-4
CEE:
Célula-tronco embrionária
FoxO1:
Forkhead box O 1
G-CSF:
Fator estimulante de colônias de granulócitos
HGF:
Fator de crescimento de hepatócitos
HIF-1α:
Fator induzível por hipóxia-1α
HSC:
Célula-tronco hematopoiética
iPSCs:
Células-tronco pluripotentes induzidas
Klf4:
Fator Kruppel-like 4
mTOR:
Alvo mamífero da rapamicina
NAC:
N-acetil-L-cisteína
Nox4:
NADPH oxidase 4
Oct4:
Fator de transcrição de ligação ao octâmero-4
OxPhos:
Fosforilação oxidativa
PSCs:
Células-tronco pluripotentes
ERO:
Espécies reativas de oxigênio
SDF-1:
Fator derivado de células estromais-1
SIRT1:
Sirtuína 1
Sox2:
Região determinante do sexo Y-box 2
TRX:
Tiorredoxina
UCP2:
Proteína desacopladora 2
VSMCs:
Células musculares lisas vasculares.
Conflitos de Interesse
Os autores declaram não haver potenciais conflitos de interesse.
Revisão concisa: pluripotência induzida por fatores definidos: presa do estresse oxidativo
ERO e estresse oxidativo em células-tronco
Transdução de sinal dependente de ERO
Células-tronco e o impacto da sinalização de ERO
Oxigênio na biologia das células-tronco: um componente crítico do nicho de células-tronco
Sensação de nutrientes e a resposta ao estresse oxidativo
Mitocôndrias, oxidantes e envelhecimento
Espécies reativas de oxigênio: um papel radical no desenvolvimento?
Autorrenovação e escalabilidade de células-tronco embrionárias humanas para terapia humana
Alterações dinâmicas na biogênese mitocondrial e enzimas antioxidantes durante a diferenciação espontânea de células-tronco embrionárias humanas
Regulação metabólica em células-tronco pluripotentes durante a reprogramação e auto-renovação
Efeitos do estresse oxidativo na proliferação, apoptose, senescência e auto-renovação de células-tronco embrionárias de camundongo
Oxigênio fisiológico melhora a recuperação clonal de células-tronco embrionárias humanas e reduz anormalidades cromossômicas
Baixas tensões de O2 e a prevenção da diferenciação de células hES
Efeitos de suplementos antioxidantes na sobrevivência e diferenciação de células-tronco
Mutagênese do mtDNA perturba a função das células-tronco pluripotentes alterando a sinalização redox
Efeitos dos antioxidantes na qualidade e estabilidade genômica de células-tronco pluripotentes induzidas
A função mitocondrial controla a proliferação e o potencial de diferenciação inicial de células-tronco embrionárias
SIRT1 regula a apoptose e a expressão de Nanog em células-tronco embrionárias de camundongo controlando a localização subcelular de p53
Regulação de genes do desenvolvimento pela Sirtuína 1 durante a diferenciação de células-tronco
FOXO1 é um regulador essencial da pluripotência em células-tronco embrionárias humanas
A expressão da superóxido dismutase 1 é modulada pelos fatores de transcrição da pluripotência central Oct4, Sox2 e Nanog em células-tronco embrionárias
UCP2 regula o metabolismo energético e o potencial de diferenciação de células-tronco pluripotentes humanas
O metabolismo oxidativo mitocondrial é necessário para a diferenciação cardíaca de células-tronco
Fluxo metabólico distinto permite a purificação em larga escala de cardiomiócitos derivados de células-tronco pluripotentes humanas e de camundongo
A diferenciação de células-tronco embrionárias em células musculares lisas é mediada por H2O2 produzido por Nox4
Ape1 regula a diferenciação hematopoiética de células-tronco embrionárias através de seu domínio funcional redox
Regulação redox do fator de transcrição oct-4 de células-tronco embrionárias pela tiorredoxina
Espécies reativas de oxigênio regulam a quiescência de células CD34-positivas derivadas de células-tronco embrionárias humanas
Indução de células-tronco pluripotentes a partir de culturas de fibroblastos embrionários e adultos de camundongo por fatores definidos
Indução de células-tronco pluripotentes a partir de fibroblastos adultos humanos por fatores definidos
Hipóxia melhora a geração de células-tronco pluripotentes induzidas
Hipóxia e adaptação metabólica de células cancerígenas
HIF-2α regula Oct-4: efeitos da hipóxia na função das células-tronco, desenvolvimento embrionário e crescimento tumoral
HIF-2α regula a expressão de NANOG em células-tronco embrionárias humanas após hipóxia e reoxigenação através da interação com um elemento regulador cis Oct-Sox
A senescência prejudica a reprogramação bem-sucedida em células-tronco pluripotentes
Vitamina C melhora a geração de células-tronco pluripotentes induzidas de camundongo e humanas
Danos teciduais e senescência fornecem sinais críticos para a reprogramação celular in vivo
A senescência promove a reprogramação in vivo através de p16INK4a e IL-6
Insights moleculares sobre eventos de iniciação da reprogramação mediados pelo complexo OSKM
Controle do estresse oxidativo e geração de células semelhantes a células-tronco pluripotentes induzidas pela proteína de dimerização Jun 2
A suplementação antioxidante reduz as aberrações genômicas em células-tronco pluripotentes induzidas humanas
A sinalização ideal de ROS é crítica para a reprogramação nuclear
A senescência induzida por lesão permite a reprogramação in vivo no músculo esquelético
A interleucina-6 medeia o aumento da NADPH-oxidase no modelo de esquizofrenia induzido por cetamina
A interleucina 6 prepara a resposta de explosão oxidativa de neutrófilos e monócitos humanos
Proteção induzida por interleucina-6 na lesão pulmonar aguda hiperóxica
O tratamento in vitro com interleucina-6 previne a mortalidade associada a transplantes de fígado gorduroso em ratos
Reprogramação in vivo para regeneração tecidual e rejuvenescimento do organismo
Revelando o papel da plasticidade celular induzida por senescência
Células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs) de células cancerosas: desafios e oportunidades
A programação metabólica das células-tronco
Sox2 controla a iniciação tumoral e as funções das células-tronco cancerosas no carcinoma de células escamosas
Induzindo pluripotência in vitro: avanços recentes e destaques na geração de células-tronco pluripotentes induzidas e na reprogramação da pluripotência
O eixo Lin28/let-7 regula o metabolismo da glicose
Lin28 melhora a reparação tecidual reprogramando o metabolismo celular
A bioenergética oxidativa somática transiciona para a glicólise dependente de pluripotência para facilitar a reprogramação nuclear
Reprogramação de células somáticas primárias humanas por OCT4 e compostos químicos
Metabolismo celular e pluripotência induzida
Efeito de moléculas pequenas na reprogramação celular
Metabolismo energético na reprogramação nuclear
O estado pluripotente em camundongo e humano
O metaboloma regula a paisagem epigenética durante a transição de células-tronco embrionárias humanas de naïve para primed
Estados metabólicos distintos podem suportar a autorrenovação e a lipogênese em células-tronco pluripotentes humanas sob diferentes condições de cultura
Derivação de células-tronco embrionárias humanas no estado naïve
Reconfiguração do circuito de controle de fatores de transcrição em direção à pluripotência de estado fundamental em humanos
O metabolismo da glicose impacta o início espaço-temporal e a magnitude da indução de células-tronco hematopoiéticas (HSC) in vivo
Especificação do destino das células-tronco hematopoiéticas via modulação da atividade mitocondrial
Biologia de sistemas do destino das células-tronco e reprogramação celular
Regulação metabólica das células-tronco hematopoiéticas no nicho hipóxico
Papéis das espécies reativas de oxigênio no destino das células-tronco
Um baixo nível de espécies reativas de oxigênio seleciona células-tronco hematopoiéticas primitivas que podem residir no nicho de baixo oxigênio
Posicionamento de células hematopoiéticas e estromais da medula óssea em relação ao fluxo sanguíneo in vivo: células-tronco hematopoiéticas que se reconstituem serialmente residem em nichos não perfundidos distintos
Espécies reativas de oxigênio regulam a autorrenovação, migração e desenvolvimento das células-tronco hematopoiéticas, bem como seu microambiente na medula óssea
Confiabilidade da detecção de ROS e RNS em células-tronco hematopoiéticas – potenciais problemas com sondas
Regulação do nível de HIF-1α é essencial para células-tronco hematopoéticas
Regulação da glicólise por Pdk funciona como um ponto de verificação metabólico para a quiescência do ciclo celular em células-tronco hematopoéticas
Células-tronco e as vias para o envelhecimento e câncer
Espécies reativas de oxigênio e senescência de células-tronco hematopoéticas
Plasticidade metabólica na homeostase e diferenciação de células-tronco
Regulação do estresse oxidativo por ATM é necessária para a autorrenovação de células-tronco hematopoéticas
Espécies reativas de oxigênio atuam através da p38 MAPK para limitar a vida útil das células-tronco hematopoéticas
Hipóxia. 2. Hipóxia regula o metabolismo celular
Foxo3a é essencial para a manutenção do pool de células-tronco hematopoéticas
Espécies reativas de oxigênio intracelulares marcam e influenciam o destino de progenitores megacariócito-eritróides em progenitores mieloides comuns
AKT1 e AKT2 mantêm a função das células-tronco hematopoéticas regulando as espécies reativas de oxigênio
GRK6 regula a resposta de ROS e mantém a autorrenovação de células-tronco hematopoéticas
Fator estimulador de colônias de granulócitos agrava a lesão de células-tronco hematopoéticas após irradiação
Os efeitos protetores da 5-metoxitriptamina-ácido α-lipóico na lesão hematopoética induzida por radiação ionizante
Água rica em hidrogênio ameniza a lesão de células-tronco hematopoéticas induzida por irradiação corporal total, reduzindo o radical hidroxila
Estresse oxidativo, regulação redox e doenças de diferenciação celular
Mitigação dos efeitos da injeção de Xuebijing na lesão de células hematopoéticas induzida por irradiação corporal total com raios gama, diminuindo os níveis de espécies reativas de oxigênio
Aumentando a eficácia do transplante de células-tronco hematopoéticas atenuando o choque de oxigênio
Vasos sanguíneos distintos da medula óssea regulam diferencialmente a hematopoese
Biologia do nicho de HSC e expansão de HSC ex vivo
Barreira endotelial e metabolismo: novos elementos no bloco regulando nichos vasculares da medula óssea
Papel da glicólise impulsionada por PFKFB3 na formação de brotos vasculares
Angiogênese revisitada: um papel negligenciado do metabolismo das células endoteliais na formação de brotos vasculares
Os megacariócitos mantêm a quiescência homeostática e promovem a regeneração pós-lesão de células-tronco hematopoéticas
Células de Schwann não mielinizantes mantêm a hibernação de células-tronco hematopoéticas no nicho da medula óssea
G-CSF: de estimulante granulopoético a agente mobilizador de células-tronco da medula óssea
A expressão do receptor de G-CSF em células progenitoras hematopoéticas não é necessária para sua mobilização por G-CSF
Atividade aumentada de c-Met promove a mobilização de células progenitoras hematopoéticas induzida por G-CSF via sinalização de ROS
Fator-1α derivado de células estromais se associa a sulfatos de heparana através da primeira β-folha da quimiocina
Nrf2 regula a função das células-tronco hematopoéticas
Ativação da molécula 1 de adesão de células vasculares (VCAM-1) de metaloproteinases de matriz de células endoteliais: papel das espécies reativas de oxigênio
BIO5192, um inibidor de pequena molécula de VLA-4, mobiliza células-tronco hematopoéticas
Esfingosina-1-fosfato e ácido lisofosfatídico desencadeiam a invasão de células hematopoiéticas primitivas em camadas de células estromais
Esfingosina 1-fosfato e seus receptores: uma rede autócrina e parácrina
Envelhecimento, clonalidade e rejuvenescimento de células-tronco hematopoiéticas
Análise clonal revela múltiplos defeitos funcionais de células-tronco hematopoiéticas murinas envelhecidas
Características associadas à idade de células-tronco hematopoiéticas murinas
Alterações dependentes da linhagem de camundongos na frequência e proliferação de células-tronco hematopoiéticas durante o envelhecimento: correlação entre tempo de vida e atividade de ciclagem
Envelhecimento de células-tronco hematopoiéticas: danos ao DNA e mutações?
Estresse replicativo é um potente impulsionador do declínio funcional em células-tronco hematopoiéticas envelhecidas
Efeitos do envelhecimento no homing e enxerto de células-tronco e progenitoras hematopoiéticas murinas
Senescência de células-tronco hematopoiéticas e lesão de medula óssea de longo prazo induzida por terapia antineoplásica
Resveratrol melhora a lesão de células-tronco hematopoiéticas de longo prazo induzida por irradiação ionizante em camundongos
Mecanismos de envelhecimento de células-tronco hematopoiéticas
FoxOs são mediadores críticos da resistência de células-tronco hematopoiéticas ao estresse oxidativo fisiológico
SIRT3 reverte a degeneração associada ao envelhecimento
Espécies reativas de oxigênio contribuem para a disfunção de células-tronco hematopoiéticas da medula óssea em camundongos C57BL/6 J envelhecidos
TXNIP mantém o pool de células hematopoiéticas alterando a função de p53 sob estresse oxidativo
Jejum prolongado reduz IGF-1/PKA para promover regeneração baseada em células-tronco hematopoiéticas e reverter imunossupressão
Regulação de mTOR e rejuvenescimento terapêutico de células-tronco hematopoiéticas envelhecidas
Envelhecimento de células-tronco. Um ponto de verificação metabólico mediado por UPR mitocondrial regula o envelhecimento de células-tronco hematopoiéticas
A atividade de Cdc42 regula o envelhecimento e rejuvenescimento de células-tronco hematopoiéticas
A proteína de interação com tiorredoxina regula o envelhecimento e rejuvenescimento de células-tronco hematopoiéticas ao inibir a atividade da quinase p38
O impacto do estresse oxidativo nas células-tronco. Células-tronco quiescentes e autorrenováveis mantêm baixo nível de ROS e residem em ambiente hipóxico. Aumento leve de ROS em células-tronco causa diferenciação linhagem-específica; no entanto, ROS agudo ou excessivo causa senescência ou envelhecimento de células-tronco e morte celular.
Regulação farmacológica do estresse oxidativo em CTPs. A transdução forçada dos fatores de reprogramação OSKM aumenta os níveis de EROs, o que causa danos ao DNA e inibe a reprogramação celular somática em iPSCs. Os antioxidantes são capazes de melhorar a eficiência da reprogramação e a estabilidade genômica ao reduzir os níveis de EROs. Durante a reprogramação celular somática, a mudança metabólica de OxPhos para glicólise pode ser modificada por diferentes antioxidantes, afetando assim a geração eficiente de iPSCs. As CTPs são altamente sensíveis ao estresse oxidativo e são afetadas pelo controle fino dos antioxidantes para a manutenção e aprimoramento das funções das CTPs, bem como pela diferenciação em direção à linhagem vascular. Oct4, Sox2, Klf4 e c-Myc (OSKM); N-acetil-L-cisteína (NAC); 2-desoxiglicose (2-DG); frutose 2,6-bifosfato (Fru-2,6-P2); frutose 6-fosfato (F6P); 2,4-dinitrofenol (DNP); N-oxaloilglicina (NOG); ubiquinona direcionada à mitocôndria (MitoQ).
Reguladores críticos e regulação farmacológica do estresse oxidativo em CTHs. Diagrama esquemático ilustrando o papel funcional das proteínas de sinalização e agentes farmacológicos na regulação das EROs em CTHs. Proteínas ou agentes de cor azul geralmente reduzem o nível de EROs nas CTHs ou no microambiente; portanto, eles ajudam as CTHs a manter o equilíbrio entre autorrenovação e diferenciação das CTHs, o que é crítico para a homeostase tecidual. Mas proteínas e agentes de cor laranja induzem o nível de EROs e resultam em senescência celular ou envelhecimento, diferenciação e mobilização em CTHs. Curiosamente, SB203580, CASIN, TN13 e rapamicina rejuvenescem CTHs envelhecidas.