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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