A serotonina limita a geração de células cromafins durante o desenvolvimento do órgão adrenal

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 2901 (2022) Citar este artigo

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As glândulas adrenais são os principais órgãos que liberam catecolaminas e regulam nossa resposta ao estresse. Os mecanismos que equilibram a geração de células cromafins adrenérgicas e protegem contra tumores neuroblastomas ainda são enigmáticos. Aqui nós revelamos que a serotonina (5HT) controla o número de células cromafins agindo sobre suas células "ponte" progenitoras imediatas via receptor 3A de 5-hidroxitriptamina (HTR3A), e as agressivas linhas celulares de neuroblastoma humano HTR3Ahigh reduzem a proliferação em resposta a HTR3A específico agonistas. Em embriões (in vivo), o aumento fisiológico de 5HT causou um prolongamento do ciclo celular em progenitores "ponte", levando a uma população cromafim menor e alterando o equilíbrio de hormônios e padrões comportamentais na idade adulta. Esses efeitos comportamentais e adrenais menores foram espelhados na progênie de camundongos fêmeas grávidas submetidas a estresse experimental, sugerindo uma ligação materno-fetal que controla as adaptações de desenvolvimento. Finalmente, esses resultados corresponderam a uma distribuição de tamanho de adrenais encontradas em roedores selvagens com diferentes estratégias de enfrentamento.

As glândulas adrenais são os principais reguladores hormonais do nosso corpo, pois controlam os principais processos fisiológicos da nossa vida diária, e a homeostase não pode ser mantida sem o seu funcionamento normal. A estrutura das glândulas adrenais inclui a matéria cortical, composta por células que produzem hormônios esteróides, e a medula posicionada centralmente (medula adrenal - AM), que orquestra a resposta do nosso corpo ao estresse, liberando catecolaminas (adrenalina e noradrenalina). Curiosamente, existe outro órgão similar, produtor de catecolaminas, transitoriamente presente em nosso corpo, ou seja, o Órgão de Zuckerkandl (ZO)1. O ZO eventualmente desaparece durante os primeiros anos da vida humana. As células cromafins representam o principal tipo de célula produtora de catecolaminas na AM e na ZO (chamadas juntas de órgãos cromafins).

Apesar da importância para nossa fisiologia, os principais detalhes do desenvolvimento da glândula adrenal permanecem obscuros. Esses detalhes são importantes não apenas para as tentativas de engenharia da glândula adrenal ou para entender as anomalias congênitas associadas, mas também para lidar com tumores decorrentes da linhagem simpatoadrenal, como neuroblastoma, feocromocitoma e paraganglioma. De acordo com um paradigma recente, as células tumorais exploram e reproduzem programas de desenvolvimento para provocar plasticidade intratumoral e resistir ao tratamento2. Além disso, o bom conhecimento das etapas do desenvolvimento e dos perfis moleculares auxilia na melhor classificação dos tumores e ajuda a identificar os tipos de células iniciadoras do tumor usando a similaridade transcricional das células malignas com determinados estados celulares do desenvolvimento3,4,5.

Em consonância com esse raciocínio, estudos recentes mostraram que os estágios iniciais do desenvolvimento das células cromafins dependem do recrutamento de precursores das células de Schwann associadas aos nervos locais (SCPs), que se transformam em uma população transitória de vida curta de células "ponte" que transitam rapidamente para células cromafins maduras em embriões de camundongos e humanos6,7,8,9. Essa descoberta complicou o antigo quadro do desenvolvimento adrenal (onde as células migratórias da crista neural imediatamente geram tecidos cromafins) e levantou uma série de questões sobre o controle do número de progenitores cromafins operando durante as etapas de diferenciação. Essas células "ponte" são caracterizadas pela expressão de Htr3a6,8 — um gene que codifica uma subunidade do receptor HTR3 para a serotonina (5-hidroxitriptamina, 5HT). Com base nisso, o 5HT foi recentemente apontado como parte do mecanismo relacionado ao desenvolvimento da medula adrenal6.

De forma mais geral, o 5HT é crucial para o desenvolvimento embrionário10 e para o crescimento pós-natal no reino animal11,12,13, incluindo a formação do sistema nervoso14,15,16. Além disso, o 5HT é um dos principais agentes que moldam o humor, a resposta ao estresse de luta ou fuga e o comportamento agressivo em mamíferos17. Uma das principais conexões entre desenvolvimento embrionário, órgãos cromafins e 5HT vem de estudos de domesticação de animais. Animais domesticados apresentam níveis mais elevados de 5HT e menos comportamentos agressivos desencadeados por catecolaminas18. As diferenças genéticas entre animais selvagens e domesticados da mesma espécie incluem genes que codificam as enzimas de síntese e degradação de 5HT19. Além disso, as glândulas adrenais dos animais domesticados são menores que as de seus parentes silvestres20,21. Portanto, diferenças comportamentais podem ser atribuídas a variações nos sistemas 5HT e catecolaminas e ao tamanho dos respectivos órgãos endócrinos, principalmente as glândulas adrenais, que são moldadas durante o desenvolvimento embrionário.

0.05, * < 0.05, biological n = 4 (control), 5 (5HTP). h Prenatal 5HTP exposure at the time of "bridge" cell differentiation (E11.5–E15.5 in rats and E10.5–E14.5 in mice) causes the decrease of postnatal adrenal medulla size in P30 animals, which was greater than decreased induced by 5HTP exposure after the time of "bridge" cell differentiation (E15.5–E18.5 in rats and E14.5–E15.5 in mice). Green line in all violin plots—the median, red lines—quartiles. One-way ANOVA test with Dunnett's multiple comparison test **p = 0.0017, ***p = 0.0002, ****p < 0.0001, biological n (adrenal gland) = 24 (control male rat), 19 (E11.5–E15.5 male rat), 20 (E15.5–E18.5 male rat), 35 (control female mice), 16 (E11.5–E15.5 female rat), 20 (E15.5–E18.5 female rat), 40 (control male mice), 24 (E10.5–E14.5 male mice), 27 (E14.5–E15.5 male mice), 35 (control female mice), 18 (E10.5–E14.5 and E14.5–E15.5 female mice). For all experiments normality is checked with Shapiro–Wilk test. AG: adrenal gland, Kid: kidney, PG and ZO: paraganglia and organ of Zuckerkandl, DA: dorsal aorta./p> 0.05, * < 0.05, ** < 0.002. d Cell number in adrenal medulla and sympathetic chain ganglia across four groups of E13.5 embryos treated during E11.5–E12.5 with: DMSO (control), 5HTP, 5HTP and Granisetron (HTR3A antagonist), SR57227 (HTR3A agonist). Note that cell numbers change in the adrenal medulla, but not in the sympathetic chain ganglion. Biological n = 6 (DMSO, 5HTP, SR57227), 5 (5HTP + Granisetron), one-way ANOVA AM p-value *0.0135, followed by Tukey multiple comparison test DMSO vs 5HTP p-value *0.0189, DMSO vs SR57227 p-value *0.0406; ANOVA SCG p-value ns 0.6265. e Changes in size and cellular composition in E13.5 adrenal medulla and Organ of Zuckerkandl in mice under the influence of increased 5HT (E11.5–E12.5). Cell numbers are presented as violin plots, the green line—median and the red lines—quartiles. Adrenal medulla (AM) and Organ of Zuckerkandl (ZO) are outlined by the dashed line in sections. SRG: suprarenal ganglion, SCG: sympathetic chain ganglion, MG: mesenteric ganglion./p> 0.05, ** < 0.002, biological n = 3 (control SCPs), 4 (control other cell types), 4 (5HTP SCPs), 5 (5HTP other cell types). c Proportions of EdU+ only, CldU+ only, and EdU+CldU+ cells in populations of SCPs, "bridge" cells, and early chromaffin cells at E12.5 under the influence of 5HT in adrenal medulla. Note that the cell cycle lengthened in "bridge" cells in the treated condition, as there are more EdU+CldU+ "bridge" cells. Shapiro–Wilk test for normality and unpaired double-sided t-test p-value ns > 0.05, * < 0.05, biological n = 3 (control SCPs), 4 (control other cell types), 4 (5HTP SCPs), 5 (5HTP other cell types). d Transversal sections of adrenal glands from Htr3aEGFP+/− embryos immunostained for TH, EGFP (indicating the expression of Htr3a), EdU, and CldU. Arrowheads point at EdU+ only, CldU+ only, and EdU+CldU+ cells. e Numbers of cleaved CASP3+ cells in adrenal medulla and Organ of Zuckerkandl. Note that the number of cleaved CASP3+ cells is exceptionally low. Cell numbers are presented in violin plots, the green line indicates median and the red lines are quartiles. Shapiro–Wilk test for normality and unpaired double-sided t-test (AM) and Mann–Whitney test (ZO), p-value ns > 0.05, biological n = 5. f Proposed mechanism of the paracrine/autocrine regulation of a cell cycle length in HTR3A+ "bridge" precursors by 5HT-releasing chromaffin cells in the developing adrenal medulla./p>

0.05, * < 0.05, biological n = male: 11 (control), 8 (5HTP); female 12 (control), 10 (5HTP), for plasma n = male: 10 (control), 7 (5HTP); female 10 (female), 8 (female). d Aggression-assessing behavioral tests: "resident-intruder test" (top) and "foot shock-induced aggression test" (bottom) indicate the reduced aggression in the 5HTP-treated group. Mann–Whitney test, p-value ns > 0.05, biological n = 14 and 15 (control), 15 (5HTP group). e Pregnant BalbC mice were exposed to a mild stress (1 h restrain) at E10.5–E14.5, followed by 5HT measurements in the embryo trunks and placentas. Note: the 5HT levels were increased similarly to experiment with 5HTP-treatment (refer to Fig. 2a, b). Mann–Whitney test, p-value * <0.05, ** < 0.002, biological n = 9. f Pregnant BalbC mice were exposed to a mild stress (1 h restrain) at E10.5–E14.5, and their P30 offspring was tested for the size of adrenal medulla and aggression. Note: the proportion of adrenal medulla was significantly lower in the stress-induced group similarly to the 5HTP-treated group (refer to Fig. 2h). Shapiro–Wilk test for normality, unpaired double-sided t-test p-value, **** < 0.0001, n (adrenal gland) =40 (control male), 24 (1 h restrain male), 35 (control female), 32 (1 h restrain female). g The ratio of adrenal medulla of the adrenal gland in C. rutilus. Mann–Whitney test, p-value * < 0.05, *** < 0.001, biological n (adrenal gland) = male: 31 (resident), 29 (migrant); female: 25 (resident), 21 (migrant). In all violon plots the green line—median, the red lines—quartiles./p>