Expressão Gênica em Resposta ao Estiramento Mecânico Cíclico em Fibroblastos Dérmicos Humanos: Um Estudo de Microarray

Introdução

A pele humana está constantemente sujeita a estresse mecânico, seja por movimentos musculares ou expressão facial. Esse estresse contínuo é uma das causas que levam ao desenvolvimento de rugas com o passar do tempo. Uma das respostas das células dérmicas ao estiramento mecânico cíclico é o realinhamento celular e do citoesqueleto, que ocorre de forma perpendicular à direção do estiramento. Esse processo, mediado por mudanças na expressão gênica, desempenha um papel fundamental na modulação da resposta celular ao estresse.

Com o avanço das técnicas de análise genética, este estudo utilizou a tecnologia de microarray para identificar genes diferencialmente expressos em fibroblastos dérmicos humanos (PHDF) submetidos ao estiramento mecânico cíclico. O objetivo principal foi investigar os mecanismos moleculares envolvidos no alinhamento celular induzido pelo estiramento, com foco na regulação do citoesqueleto.

Desenho Experimental e Métodos

Coleta e Cultura Celular

Fibroblastos dérmicos humanos foram isolados a partir de biópsias de pele obtidas de 10 doadores submetidos a cirurgias plásticas. As células foram cultivadas até a subconfluência em placas de cultura BioFlex® revestidas com colágeno I e submetidas a estiramento mecânico cíclico uniaxial utilizando o sistema Flexer®Cell Tension Plus. O estiramento aplicado foi de 16% a uma frequência de 0,5 Hz. As células foram coletadas após 5 horas e 24 horas de estiramento, períodos que representam, respectivamente, o início e a conclusão do processo de alinhamento celular.

Isolamento de RNA e Hibridização por Microarray

O RNA total foi isolado das células após os tempos de estiramento definidos e utilizado para análise de expressão gênica por microarray. As amostras de RNA foram processadas e hibridizadas em microarrays Agilent SurePrint G3 Human GE 8x60k, que permitem a análise do genoma completo. Os dados foram analisados utilizando o software estatístico R, com pacotes Bioconductor, que normalizou os valores de expressão entre as diferentes amostras, aplicando a técnica de normalização por quantil.

Resultados

Realinhamento Celular em Resposta ao Estiramento Mecânico

Após 24 horas de estiramento, as células apresentaram um alinhamento claro, com a orientação perpendicular à direção do estiramento. Este realinhamento foi observado microscopicamente e é acompanhado por mudanças na expressão gênica relacionadas à modulação do citoesqueleto e à reestruturação celular.

Expressão Gênica Diferencial

O perfil de expressão gênica revelou mudanças significativas na expressão de genes em resposta ao estiramento mecânico, tanto após 5 horas quanto após 24 horas de tratamento. Genes associados ao metabolismo, diferenciação celular, estrutura do citoesqueleto e funções morfológicas foram diferencialmente expressos. Após 24 horas, 603 sondas genéticas apresentaram expressão diferencial, enquanto após 5 horas, 177 genes foram diferencialmente expressos, indicando que as mudanças no perfil de expressão se tornam mais evidentes ao longo do tempo.

Os mapas de calor gerados mostraram uma separação clara entre as amostras tratadas e de controle, principalmente após 24 horas, quando as alterações na expressão gênica estavam mais pronunciadas e correlacionadas com o fenótipo celular observado. Entre os genes diferencialmente expressos, destacam-se aqueles envolvidos em funções chave no alinhamento celular e na resposta ao estresse mecânico.

Mecanismos Moleculares Identificados

A análise dos dados revelou uma regulação positiva de genes relacionados à reestruturação do citoesqueleto e adesão celular, refletindo a resposta adaptativa das células ao estiramento. Além disso, genes envolvidos no metabolismo energético e nas vias de sinalização de mecanotransdução foram significativamente alterados, sugerindo que o estiramento cíclico desencadeia uma reprogramação gênica para permitir a adaptação mecânica das células dérmicas.

Conclusão

Este estudo fornece insights importantes sobre os mecanismos moleculares que regulam a resposta ao estiramento mecânico em fibroblastos dérmicos humanos. A identificação de genes diferencialmente expressos que modulam o citoesqueleto e a morfologia celular destaca a complexidade da resposta adaptativa ao estresse mecânico e pode abrir novos caminhos para intervenções terapêuticas, especialmente em tratamentos que visam combater os efeitos do envelhecimento cutâneo, como as rugas induzidas mecanicamente.

Os dados completos deste estudo estão disponíveis no banco de dados público do NCBI (acesso GSE58389), proporcionando uma valiosa fonte de informações para futuros estudos sobre a mecanotransdução e a biologia da pele.

Referências

• Reichenbach, M., Reimann, K., Reuter, H. (2014). Gene expression in response to cyclic mechanical stretching in primary human dermal fibroblasts. Data in Brief, 3, 97-102. https://doi.org/10.1016/j.gdata.2014.09.010.
• NCBI GEO Data Repository: GSE58389. Link.