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O GENE PDX1 NA DUPLA VIDA DO PÂNCREAS
Ano Lectivo 2013/2014Licenciatura em Biologia HumanaBiologia do Desenvolvimento
Docente: Professor Doutor Paulo de Oliveira
Discentes: Bárbara Correia, 31156 Beatriz Martinez, 30181
O PÂNCREASO pâncreas desenvolve-se a partir de duas glândulas na endoderme
do primórdio do sistema digestivo superior.
Vida Endócrina
● Células α - produtoras de glucagina
● Células β - produtoras de insulina
● Células δ - produtoras de somatostanina
● Células PP - produtoras de polipétidos pancreáticos
Vida Exócrina
Ácinos - produtores de enzimas digestivas
O PDX1 e seus associados no desenvolvimento do
pâncreas
O QUE É O PDX1?
Gene codificador de um fator de
transcrição
É um regionalizador do pâncreas e essencial na sinalização do seu
desenvolvimento normal
Deficiência neste gene dão origem
a várias patologias
A ablação do PDX1 origina
agénese pancreática
Indutores da expressão do PDX1
RB
ÁREAS
GATASIRT I
FOXA
RB - Proteína do riboblastoma
ENHANCERS I, II, III E IV
• Enhancers do gene PDX1 onde se ligam os FOXA.
• O enhancer IV é um enhancer mais distante, capaz de dirigir a expressão do gene reporter das células B.
• Deleção dos enhancers I, II e III causa hipoplasia pancreática.
• Os enhancers I e II parecem actuar juntas para optimizar a expressão de PDX1 nas celulas β.
FOXA1 e FOXA2• Co-ocupam múltiplos domínios regulatórios no gene PDX1
• Ablação destes fatores de transcrição resulta na perda de expressão do PDX1, um desenvolvimento corrompido dos ilhéus e ácinos bem como morte neonatal
• Estes enhancers são suficientes para dirigir a expressão do PDX1 e restaurar o desenvolvimento do pâncreas e a maturação dos ilhéus.
• Uma deficiência no FOXA2 resulta na ausência das células α maturas e na redução da expressão do PDX1 e diferenciação das células β
• Remoção dos dois FOXA, 1 e 2, do primórdio pancreático causa uma agénese total do pâncreas e perda da expressão do PDX1.
• A expressão do PDX1 nas células endócrinas e exócrinas bem como a sua diferenciação são dependentes dos FOXA
Relação entre os FOXA e os Enhancers
SIRT 1
GATA 4 e 6
• São fatores de transcrição
• Foram descobertos no enhancer II e são críticos para a organogénese do pâncreas
• São essenciais para a proliferação, morfogénese, e diferenciação das células progenitoras pancreáticas
• Mutações nestes FT são a maior causa de agénese pancreática
• Ativam o PDX1 que por sua vez vai ativar um outro fator de transcrição essencial ao desenvolvimento pancreático
• A deleção dos locais de ligação dos GATA inibe a ação do reporter na altura do desenvolvimento dos primordios pancreaticos
• Defeitos morfológicos nos GATA origina uma falha na expansão do epitélio por problemas na proliferação e diferenciação celular
• Quando há deleção dos dois GATA causa agénese pancreática, nascem com hiperglicémia e morrem pouco depois do parto
PCIF1• É uma proteína nuclear que inibe a transativação do PDX1• Contribui diretamente para a acumulação da proteína do PDX1 na
célula β adulta
• PCIF1 marca o PDX1 para ubiquitinação e degradação proteossomal através do Cul-3
• Deficiência no PCIF1 aumenta os níveis das proteínas do PDX1
• O PCIF1 mutado limita a acumulação do PDX1 nas células β adultas e, consequentemente, a expressão de insulina e outros genes alvo essenciais para a manutenção das células β e sua função.
• PCIF1-Cul3 como alvo terapêutico pode aumentar as proteínas do PDX1 de modo a melhorar a função das células β tratamento para a diabetes
Alvos e co-expressores do PDXI
• PTF1A• NOTCH• NGN3• PAX 4 e 6• NKx• Maf• Mib-1
• MNX-1• LBL-11/ISL-1• KRAS• miRNA-375• p27• GATA
• É um fator de transcrição necessário ao desenvolvimento do pâncreas e do sistema nervoso
• O PTFA1 está envolvido no aumento ou manutençao da expressão do Pdx1 durante o desenvolvimento dos primórdios pancreáticos
• Durante o desenvolvimento dos ácinos RBPJ é substituído por RPBJL
Maturação dos ácinos e manutenção da expressão exócrina
• O FOXA2 está localizado num local especifico do pancreas com o PTF1A enquanto que os SOX estão no tubo neural dupla função do PTF1A
PTF1A
NOTCH
NGN3• Regula o destino da célula
durante a embriogénese bem como a manutenção do mesmo durante a vida;
• Perturbações na via do NOTCH resultam numa alteração do destino da célula
• Na presença do NOTCH há expressão do mRNA HES1 e p48, o que leva as células a adotarem a componente exócrina
• Perda de função do NOTCH aumenta a expressão do gene NGN3 promovendo um destino endócrino
• Fator de transcrição essencial uma vez que todas as células progenitoras endócrinas expressam este gene
• Numa primeira fase a sua expressão resulta na produção de células produtoras de glucagina
• Numa segunda fase intervêm na diferenciação das celulas endócrinas
• Na ausência do NGN3 os ratinhos nascem sem ilhéus de Langherhans desenvolvendo diabetes
Pax 4
O PAX4 expressa-se em todas as células progenitoras endócrinas
A sua expressão perde-se com a perda do NGN3
Na sua ausência não há desenvolvimento das células β e δ e há uma diminuição da expressão do PDX1
NKx• São reguladores essenciais ao desenvolvimento do pâncreas• NKx2.2 e NKx6.1. estão envolvidos nas linhagens celulares endócrinas
• O NKx2.2 liga-se aos promotores de insulina e PAX4
• Quando perde expressão há uma redução das células β e PP bem como uma perda total das β
• Na sua ausência as células β não conseguem ativar o gene transcritor da insulina e não há NKx6.1
• No adulto a expressão do NKx6.1 está limita às celulas β suprimindo a expressão de glucagina e modula a glicose por secreção de insulina
• Uma deficiência neste regulador não afeta o desenvolvimento inicial mas há um comprometimento do desenvolvimento das células β
Maf A e B - Fatores de transcrição
• Ratinhos knockout para o MAFA não demonstram alterações no desenvolvimento do pâncreas.
• Perdem células β e a sua frequência apoptótica está aumentada originando intolerância à glicose e diabetes tipo 2
• O MAFA liga-se ao promotor da insulina e através da sua interação com o PDX1 e NEUROD1 ativa a transcrição do gene da insulina
• O MAFB expressa-se a partir células α onde regula a expressão do gene da glucagina
• Intervém no desenvolvimento e diferenciação das células α e β por transcrição dos genes
• O seu papel nas células α vai diminuindo após o nascimento
MIB-1 MNX-1
Codifica a ligase E3 da ubiquitina essencial para a atividade ligase do NOTCH
requerido para a formação das células β
Inativação do MIB-1
redução das células β
Fator de transcrição com papel essencial no desenvolvimento e
função do pâncreas
Suprime o destino das células α nos precussores das células β
Na sua ausência não se dá a formação do lobo dorsal
Ilhéus de Langherhans mais pequenos com número de
células β reduzidas
Lbl-11 / Isl-1 KRAS
Uma mutação oncogénica no KRAS despoleta a progressão e
crescimento de adenocarcinomas no ducto
pancreático (PDAC)
Provoca:- estimulação da absorção de
glicose- diferenciação dos canais
intermediarios da glicose- reprogramação do
metabolismo da glutamina- aumento da autofagia e
macropinocitose
Regulador da transcrição expresso no pâncreas em desenvolvimento
Envolvido maturação, proliferação e sobrevivência da segunda onda
dos ilhéus de Langerhans
Regula o MAFA
Quando há uma deficiência neste regulador os animais não
desenvolvem células β funcionais, têm dificuldade em expandir a sua
massa endócrina após o nascimento levando à diabetes.
miRNA-375 p27
• Regula a expressão genética por ligação a
sequências complementares
• O miR-375 está presente na célula β e é regulado por
vários fatores de transcrição incluindo o PDX1
• Sabe-se que miR-375 é essencial para a regulação
do desenvolvimento do ducto, das celulas
endócrinas e exócrinas.
• Este regulador do ciclo celular é essencial para o
estabelecimento da masa de células β
• A sua ativação durante a embriogénese resulta num
aumento da massa das células β apesar de não
afetar a sua expansão pós-natal.
CRONOLOGIA DA ORGANOGÉNESE PANCREÁTICA
8 8.5
.Formação do broto dorsal e ventral
.Inicio da formação das celulas endócrinas
.Expressão do Ptfa1
.Pax 4 mRNA é detectado
9 9.5 10 10.5 11 11.5 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 18.5 21
Sinais da ectoderme e mesoderme
Expressão do Pdx1
Pdx1 tem a sua expressão restrita à
componente endócrina
.1ªonda incia-se com a formaçao de celulas secretoras de insulina e glacagon.Pdx1 é mediador de sinais mesenquimas
Nk6.1 restrito ao epitelio central
12
Ligação do PTFA1 a areá III para desenvolvimentos dos primórdios pancreáticos
Expressão de MafBInicio da expressão
do lbl-11/isl-1
CRONOLOGIA DA ORGANOGÉNESE PANCREÁTICA
8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 18.5 21
2ªonda de pdx1
Maior surgimento de celulas β
Pdx1 é necessário para a diferenciação do tipo de células
12
Expressão de Ngn3
Decide o que vai para a componente endócrina
.2ªTransição
.Pdx1 torna-se restrito para a cel. endócrina.Ptf1a torna-se restrito para a os ácinos .Nkx2.2 torna-se restrito para as celulas
endócrinas.Os ácinos e ductos tornam-se histologicamente diferentes .Fusão das 2 ramificações do pâncreas
.Os ácinos separam-se do ducto central
.Cel. endócrinas formam estruturas tipo ilheu
Início da formação dos ilhéus de Langerhans
MafA inicia a sua expressão
COMPONENTE ENDÓCRINA
NOTCH
• Envolvido na patologia da diabetes.
• Ativação do NOTCH exerce um efeito positivo na expressão/ secreção da insulina e proliferação celular por upregulation do PDX1
• Quando há bloqueio do NOTCH não se formam as proteínas necessárias o que resulta em sensibilidade à insulina.
• Um mutante do NOTCH resulta numa resistência intermediária à insulina.
O Notch1 como potencial alvo terapeutico
• Reverter hipoinsulinema através do Notch1 usando uma plataforma de RNAi
• Reverter a hiper e hipoinsulinemia através de três ciclos de tratamento com PDX1 shRNA. Também reduz o volume de tumores.
TUMORES NEUROENDÓCRINOS PANCREÁTICOS (PNETs)
• O NOTCH1 e o PDX1 estão sobreexpressos em PNETs
• O HES1, alvo do NOTCH1, também está em expresso em PNETs
• O NCID também se expressa em correlação com a sobreexpressão do PDX1, estes originam um aumento da proliferação de algumas células β em ratos com insulinoma;
• O NOTCH1 faz upregulation do PDX1 apresentando um papel oncogénico nos PNETs
DIABETES TIPO 2• Em ratinhos com uma dieta baixa em proteínas verificou-se
uma redução da expressão da proteína do PDX1 e do seu mRNA
• Uma exposição a uma dieta rica em gorduras pode alterar a sensibilidade à glicose e os mecanismos de sinalização de insulina
• A descendência de progenitoras obesas tem uma redução da insulina, glicocinase, GLUT2 e da proteína do PDX1
• Alterações destes fatores contribuem para um redução do número de células β
• Uma desregulação epigenética por alteração do ambiente in-utero aumenta a suscetibilidade à diabetes tipo 2.
MATURITY ONSET OF DIABETES OF THE YOUNG, TIPO4 (MODY4)
•É uma forma da diabetes tipo 2 rara
•Ligada à subexpressão do PDX1 no pâncreas humano por mutações inativadoras ou missense
•O PDX1 controla a transcrição da insulina e expressão das enzimas associadas
•A supressão do PDX1 nas células de insulina não altera o metabolismo da glicose mas inibe a libertação de insulina
COMPONENTE EXÓCRINA
Metaplasias
A desdiferenciação dos ácinos predispõe-nos a uma
transformação maligna
Quando um ácino passa a célula ductal resulta numa metaplasia, esta resulta num PanIn (neoplasia) e
consequente PDAC (adenocarcinoma)
A expressão do KRAS juntamente com o NOTCH a
partir do PDX1 Cre recombinase provoca lesões
PanIN
A ativação do AKT usando a Cre recombinase sobre controlo do promotor
elastase conduz a metaplasias
KRASAs lesões panIN têm uma levada incidência de mutações
KRAS, esta é necessária para a formação do cancro e para a sua progressão e manutenção.
Há eventos adicionais que despoletam a formação do cancro, sendo estes genéticos e epigenéticos. Também
há fatores de risco como a pancreatite crónica
Desativando o KRAS ocorre uma rediferenciação dos PanIns a ácinos e a morte massiva das células epiteliais.
Também ocorre um efeito similar nos tumores
INTERAÇÃO DO PDX1 COM OUTRAS VIAS
SOX9 E O ADENOCARCINOMA DO DUCTO PANCREÁTICO
Ácinos
ADM - celulas com Sox9 / Ck19
PanINs
PDA
Kras
Notch
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OBRIGADA PELA VOSSA ATENÇÃO!
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