BMPs e Formacao de Dentina Terciaria - Estado da Cromatina e Diferenciacao Odontoblastica

para que as proteínas presentes no citoplasma possam alcançar o núcleo das células e vão interferir no funcionamento destes genes e Os fatores de crescimento compreendem cinco famílias protéicas Apesar destas famílias distintas estarem envolvidas no desenvolvimento dentário a família das BMPs proteínas morfogenéticas ósseas são suficientes para a formação de dentina terciária 1 Durante o processo de formação da dentina terciária explique qual é o estado da cromatina para os genes que codificam para as proteínas BMPs 2 Como é o estado da cromatina para estes mesmos genes uma vez que toda a estrutura dos dentes já tenha sido formada 3 Explique qual é a relação do estado da cromatina e o funcionamento dos genes f Explique em nível molecular isto é na estrutura da molécula de proteína de que maneira a troca de um aminoácido de caráter ácido para um aminoácido de caráter básico na sequência da proteína BMP poderá interferir na formação dos dentes g Em um experimento células da polpa dentária de porcos cultivadas e tratadas com BMP2 foram transplantadas para dentes despulpados de cães Este experimento foi realizado com o objetivo de observar a diferenciação odontoblástica e a formação de dentina Como resultado do experimento foi observado a presença de RNAm para sialofosfoproteínas que compõe a dentina e para metaloproteinases da matriz a presença destes RNAm confirmou que está ocorrendo a diferenciação de células pulpares em odontoblastos Use o seu conhecimento de biologia celular e fale sobre os eventos que estão ocorrendo entre a estimulação dos genes e a produção destas duas classes de proteínas específicas h A dentina é composta de aproximadamente 65 de hidroxiapatita de cálcio mais ou menos 25 de material orgânico e aproximadamente 10 de água associada A maior parte da matriz orgânica é formada por colágeno do tipo I associado com proteoglicanas e glicoproteinas A dentina é produzida pelos odontoblastos e diferente dos ameloblastos estes mantêm associação com a dentina durante toda a vida do dente Cada molécula de colágeno é formada por 3 cadeias polipeptídicas com 1000 aminoácidos em cada cadeia e cada cadeia é enrolada uma sobre a outra 1 Quando uma análise comparativa é realizada entre a sequência de aminoácidos da proteína colágeno e a sequência de nucleotídeos do seu gene verificase uma grande diferença em número das subunidades destas 2 moléculas proteína e o gene que a codifica Qual é o significado da diferença de número de monômeros que compõe estas duas moléculas 2 Pensando na estrutura do gene que codifica para a proteína colágeno quando ocorre uma mutação na região que antecede à sua sequência codificadora antes do nucleotídeo 1 o colágeno não é mais produzido Qual é a justificativa para esta observação 3 Para formar o colágeno funcional as três cadeias polipeptídicas devem se organizar e se estruturar Quando existe dificuldade para que esta proteína se estruture e se torne funcional a célula contém algum mecanismo fisiológico que auxiliará neste procedimento discuta 4 Se existir uma mutação para um aminoácido do colágeno esta proteína não alcançará a sua conformação final e portanto não vai adquirir o seu papel funcional o que acontecerá com esta proteína na célula Ficará acumulada dentro da célula discuta Responda as questões usando as informações das aulas e do livro escolhido por você Responda de forma clara e objetiva todas as respostas estão relacionadas com os conteúdos abaixo Lembremse a prova é individual Como faço correção comparativa não corrijo respostas iguais Conteúdo Estudado Visão Geral da Célula Métodos de Estudo Celular Composição Química da Célula Ciclo Celular Organização Nuclear e Envoltório Nuclear Estrutura e Funcionamento da Cromatina Transcrição e Processamento de RNAs A perda dentária e dos tecidos periodontais pode resultar em movimento dos dentes remanescentes dificuldade na mastigação fonação desequilíbrio na musculatura e comprometimento da estética dentária e do sorriso comprometendo a autoestima Atualmente existem diversas terapias para substituição dos órgãos dentários todas elas baseadas em técnicas não biológicas e sujeitas a falhas Apesar desta condição ser uma anormalidade comum e não ameaçar a vida do paciente esforços têm sido dirigidos para o desenvolvimento de mecanismos para a utilização de células tronco na reposição de tecidos bucais Para a bioengenharia é essencial uma tríade composta por células tronco ou progenitoras uma matriz que funcione como arcabouço e proteínas sinalizadoras denominadas fatores de crescimento como estímulo para diferenciação celular Estudo de reparação dentária com camundongos tem sido realizado a ideia é após a remoção da cárie estimular a formação de dentina reparadora e restabelecer a dentina perdida através da ativação do processo de diferenciação das célulastronco da polpa dentária para odontoblastos Foram utilizadas esponjas biodegradáveis de colágeno com a droga chamada Tideglusib responsável pela ativação da síntese das estruturas dentais lesionadas Na área de lesão ocorreu a deposição de mineral da dentina reparativa restaurando a estrutura do dente Após seis semanas foi observada a reparação total da dentina afetada do roedor Este estudo demonstra um grande potencial para a aplicação das células tronco em tratamentos odontológicos através da biologia de diferenciação celular As vantagens de se trabalhar com célulastronco da polpa dentária se dão pela acessibilidade de coleta de maneira minimamente invasiva e indolor Pela capacidade de gerarem tecidos dentários humanos com maior efetividade além de não apresentarem reação imunológica ou antiinflamatória o que aumenta as condições de alotransplante a As células tronco são definidas como células indiferenciadas com grande capacidade de auto renovação e de produzir pelo menos um tipo celular altamente especializado 1 Quanto ao ciclo celular como está organizado o funcionamento das células tronco da polpa dentária 2 E os odontoblastos originadas a partir das células tronco da polpa dentária como se comportarão quanto ao ciclo celular 3 Explique como funcionam os aspectos bioquímicos quanto ao ciclo para estes dois grupos de células 4 Citologicamente é possível diferenciar as células que estão em ciclo celular e fora do ciclo celular G0 Discuta b Para que haja sucesso na reposição dos tecidos bucais as células troncos da polpa dentária deverão apresentar compatibilidade e isto é condicionado pelo sistema imune Em função do conhecimento que você possui sobre os componentes químicos da célula qual molécula apresenta maior diversidade e portanto será capaz de oferecer quase que infinitas possibilidades de formação de antígenos Justifique c Inúmeros estudos têm isolado células altamente proliferativas derivadas da polpa dentária Constatouse que tais células são multipotentes isto é possuem a capacidade de autorenovação e de diferenciação em diversos tipos celulares A morfogênese dentária envolve uma série de interações dinâmicas e recíprocas entre o ectoderma e o mesênquima e os fatores de crescimento que são proteínas secretadas extracelularmente e governam a morfogênese durante tais interações Explique de que maneira os fatores de crescimento que são proteínas que estão presentes no meio extracelular podem interferir nos processos intracelulares como de divisão celular proliferativo ou de diferenciação celular d Fatores proteicos que estão no citosol da célula em resposta aos estímulos descritos acima ativam um conjunto de genes Os genes estão localizados no núcleo da célula explique como é o procedimento a 1 Elas se organizam e funcionam ativando o ciclo celular em resposta a lesões dentárias o que envolve a replicação do DNA e a divisão celular Isso permite que essas células tronco gerem novas células que contribuem para a formação da dentina terciária auxiliando na resposta biológica à lesão e na tentativa de reparação do tecido dentário afetado 2 Os Odontoblastos dentro desse contexto funcionam ativando o ciclo celular em resposta a lesões dentárias que envolve a replicação do DNA e a divisão celular Posteriormente esses odontoblastos migrarão em direção à área lesionada e secretarão a dentina terciária formando uma barreira de proteção ao redor da polpa dentária para isolar a lesão e promover a reparação do tecido dentário danificado Dessa forma os odontoblastos desempenham um papel crucial na resposta biológica à lesão e na tentativa de recuperação do dente afetado 3 Celulas tronco da polpa dentária A regulação bioquímica envolvida nesse processo inclui fatores de crescimento como o fator de crescimento transformador beta TGFβ e o fator de crescimento de fibroblastos FGF que desempenham papéis essenciais na ativação e proliferação das célulastronco da polpa dentária O TGFβ é um importante regulador do crescimento celular incluindo a proliferação das célulastronco Ele ajuda a sinalizar às célulastronco para entrarem na fase de replicação do DNA promovendo a produção de novas células Além disso o TGFβ está envolvido na regulação da diferenciação celular Quanto ao FGF são conhecidos por estimular a expansão das célulastronco e podem influenciar a capacidade dessas células de se diferenciarem em odontoblastos Em relação aos odontoblastos bioquimicamente a formação da dentina envolve a secreção de matriz extracelular rica em proteínas principalmente colágeno tipo I que fornece resistência estrutural à dentina Além disso os odontoblastos liberam íons como cálcio e fosfato que são essenciais para a mineralização da dentina A regulação bioquímica desse processo inclui citocinas como o fator de crescimento do tecido conjuntivo CTGF que estimula a secreção de colágeno e enzimas como a fosfatase alcalina que desempenham um papel na mineralização da matriz 4 É um pouco desafiador pois as características morfológicas distintas associadas as diferentes fases do ciclo celular podem não ser tão evidentes As célulastronco da polpa dentária e os odontoblastos que estão envolvidos na formação da dentina terciária podem não exibir mudanças visíveis nas fases de divisão mitótica durante esse processo embora a observação puramente citológica possa não ser suficiente para diferenciar as células dentro e fora do ciclo celular no contexto odontológico as técnicas laboratoriais e moleculares podem fornecer informações mais precisas de quais as células que estão se dividindo ativamente que estão no ciclo e as que não estão Nestes casos utilizamos marcadores moleculares e técnicas específicas de laboratório como a análise de expressão gênica e a imunohistoquímica 4 b O antígeno de histocompatibilidade especificamente o complexo principal de histocompatibilidade MHC é a molécula que apresenta a maior diversidade e capacidade de formação de antígenos sendo quase infinitos A diversidade do MHC é importante porque determina quais fragmentos de antígenos são apresentados na superfície das células Cada pessoa tem um conjunto único de MHC e essa diversidade é a base para o reconhecimento de antígenos pelo sistema imunológico Quando ocorre a transplantação de tecidos como a reposição de tecidos bucais a compatibilidade entre os MHC do doador e do receptor é crítica Se os MHC não forem compatíveis o sistema imunológico do receptor reconhecerá as células transplantadas como estranhas e lançará uma resposta imune contra elas o que pode levar à rejeição do tecido transplantado 4 c Os fatores de crescimento são proteínas presentes no meio extracelular que desempenham um papel crucial na regulação dos processos intracelulares como a divisão celular proliferação e a diferenciação celular atuando como moléculas de sinalização interagindo com receptores específicos na superfície das célulasalvo Essa interação desencadeia uma série de eventos intracelulares que podem afetar o comportamento celular de várias maneiras No que diz respeito à proliferação celular os fatores de crescimento ativam vias de sinalização que estimulam a divisão celular Esse processo ocorre por meio da ativação de quinases enzimas que fosforilam proteínaschave envolvidas no ciclo celular impulsionando a célula da fase G1 para a fase S onde ocorre a replicação do DNA Além dessa proliferação os fatores de crescimento também influenciam a diferenciação celular Eles podem ativar vias de sinalização que regulam a expressão gênica induzindo a expressão de genes específicos que direcionam as células para um destino celular particular promovendo sua especialização em um tipo celular específico Assim sendo os fatores de crescimento são essenciais para o desenvolvimento e a homeostase de tecidos em diversos órgãos incluindo o desenvolvimento dentário no qual essas proteínas desempenham um papel fundamental na regulação da proliferação e diferenciação das células da polpa dentária bem como na morfogênese dentária garantindo que as células certas se dividam e se diferenciem no momento e no local apropriados Adicionalmente os fatores de crescimento também desempenham um papel importante na resposta a lesões e no reparo estimulando a substituição de células danificadas por meio da proliferação e diferenciação de célulastronco ou células progenitoras 4 d O transporte de proteínas do citosol para o núcleo é um processo altamente regulado e crucial para a regulação genética Isso ocorre quando as proteínas presentes no citosol precisam alcançar o núcleo para influenciar a expressão dos genes O procedimento envolve várias etapas Primeiro as proteínas que precisam ser transportadas para o núcleo contêm uma sequência de aminoácidos específica chamada de sinal de localização nuclear NLS Esta sequência é fundamental pois atua como um código postal que sinaliza o destino nuclear da proteína Em seguida uma proteína transportadora chamada importina reconhece e se liga ao NLS da proteína alvo no citosol A importina desempenha um papel central no transporte nuclear Então o complexo formado pela importina e a proteína alvo juntamente com outras proteínas auxiliares é direcionado ao núcleo Esse processo envolve a travessia dos poros nucleares que são estruturas seletivas que permitem a passagem de moléculas específicas entre o citosol e o núcleo Ao atingir o núcleo o complexo é reconhecido pelos poros nucleares que contêm proteínas conhecidas como nucleoporinas Essas proteínas regulam a entrada e saída de macromoléculas garantindo que apenas aquelas com a devida autorização como proteínas com NLS sejam permitidas no núcleo Assim sendo uma vez dentro do núcleo o complexo de importina e proteína alvo se desfaz liberando a importina A proteína alvo pode finalmente acessar o DNA nuclear e influenciar a expressão genética Isso pode envolver ativação ou supressão de genes desencadeando processos celulares específicos como a transcrição de genes e 1 Os genes que codificam as BMPs estarão em estado de eucromatina cromatina aberta e ativos 2 Os genes que codificam as BMPs estarão em estado de heterocromatina cromatina fechada e inativos 3 O estado da cromatina tem uma relação direta com o funcionamento dos genes em organismos eucarióticos uma vez que influencia diretamente a regulação da expressão gênica A cromatina pode existir em dois estados principais eucromatina cromatina aberta e heterocromatina cromatina fechada Quando a cromatina está na forma de eucromatina ela está descondensada e permite fácil acesso ao DNA Isso facilita a transcrição gênica uma vez que a maquinaria de transcrição pode ligarse ao DNA e iniciar a síntese do RNA Portanto genes em estado de eucromatina são mais propensos a serem expressos Por outro lado a heterocromatina é densamente compactada o que torna o acesso ao DNA difícil Genes em heterocromatina geralmente estão inativos ou silenciados uma vez que a maquinaria de transcrição não consegue chegar ao DNA A regulação da expressão gênica envolve a ativação ou inibição seletiva dos genes em resposta a sinais celulares e ambientais e processo ocorre por meio da modificação da estrutura da cromatina Assim sendo os fatores de transcrição e proteínas regulatórias se ligam a sítios específicos na cromatina e recrutam complexos enzimáticos que alteram a estrutura da cromatina permitindo ou impedindo a transcrição f Qualquer alteração na sequência de aminoácidos da BMP como a substituição de um aminoácido ácido por exemplo o ácido glutâmico por um aminoácido básico por exemplo a arginina pode ter repercussões a nível molecular com potencial impacto na formação dentária Por exemplo essa mudança afeta a estrutura tridimensional da proteína BMP que possui uma conformação específica que é crucial para sua função As ligações iônicas e as pontes de hidrogênio entre os aminoácidos mantêm essa estrutura A troca de aminoácidos pode perturbar essa estrutura influenciando adversamente a função da proteína Além disso a alteração da carga elétrica da proteína decorrente da substituição pode modificar as interações eletrostáticas da BMP com outras moléculas no ambiente celular Essas interações são fundamentais para seu papel na regulação do desenvolvimento ósseo e dentário Outro ponto importante é o dobramento correto da proteína BMP uma vez que mudanças na carga elétrica da proteína podem prejudicar o correto dobramento tridimensional o qual é essencial para sua função adequada Existem muitos fatores que poderão ser alterados outro exemplo são as alterações na estrutura da BMP podem interferir na capacidade da proteína em ativar ou inibir essas vias de sinalização comprometendo o desenvolvimento correto dos dentes g O fenômeno observado durante o experimento em questão evidencia uma série de eventos moleculares cruciais Primeiramente a aplicação de BMP2 atua como um estímulo fundamental para a diferenciação das células da polpa em odontoblastos As BMPs são conhecidas por seu papel na sinalização durante o desenvolvimento de tecidos ósseos e dentários logo a presença de BMP2 ativa vias de sinalização específicas nas células da polpa desencadeando eventos moleculares Em resposta à ativação das vias de sinalização os genes relacionados à formação da dentina são ativados esses genes normalmente estão silenciados ou expressos em níveis baixos nas células pulpares em seu estado basal Os genes agora ativados são transcritos em RNAm que sofre processos de maturação incluindo a remoção de íntrons e modificações químicas tornandose pronto para ser traduzido em proteínas Ainda durante esse processo os ribossomos localizados no citoplasma utilizam o RNAm como um modelo para a síntese de proteínas A leitura do RNAm resulta então na montagem da sequência de aminoácidos correspondente levando à produção das proteínas específicas Então no contexto da formação da dentina as células pulpares começam a produzir sialofosfoproteínas componentes essenciais da matriz da dentina e as metaloproteinases da matriz são ativadas desempenhando um papel importante na remodelação da matriz extracelular e na mineralização da dentina Com a produção dessas proteínas as células pulpares estão prontas para secretar e mineralizar a dentina h 1 A diferença no número de monômeros entre a sequência de aminoácidos da proteína colágeno e a sequência de nucleotídeos do gene que a codifica reflete a complexidade da informação genética e o processo de síntese proteica A proteína colágeno é uma macromolécula estrutural composta por aproximadamente 1000 aminoácidos em cada uma de suas três cadeias polipeptídicas Essas cadeias se enrolam uma sobre a outra formando uma estrutura tridimensional que confere à proteína suas propriedades físicas e funcionais Por outro lado o gene que codifica o colágeno é muito mais extenso e complexo em termos de sequência de nucleotídeos Isso ocorre porque o gene não contém apenas informações sobre a sequência de aminoácidos da proteína mas também inclui informações regulatórias sequências de íntrons e éxons além de detalhes sobre o processo de síntese da proteína Além disso os genes também contêm regiões regulatórias que controlam quando e onde a proteína é produzida Assim sendo a diferença no número de monômeros entre essas duas moléculas reflete a necessidade de o gene conter informações abrangentes para a síntese da proteína incluindo elementos regulatórios e detalhes sobre o processo de tradução 2 Isso ocorre devido à importância das regiões regulatórias e promotoras na expressão gênica Assim a ocorrência de mutações nessa região afetam a produção da proteína de várias maneiras Por exemplo a região promotora é essencial para iniciar a transcrição do gene Mutações nessa região podem prejudicar o recrutamento da RNA polimerase a enzima responsável pela transcrição do gene Sem um promotor funcional a transcrição não começa e o gene não é transcrito em RNA mensageiro RNAm Além do promotor sequências regulatórias próximas como enhancers e silencers desempenham um papel crucial no controle da expressão gênica Mutações nessas sequências podem interromper a ligação de fatores de transcrição que ativam ou inibem a transcrição do gene E mutações nas regiões não codificantes do gene também podem afetar o processamento do RNAm incluindo a adição de capuzes no início e caudas poliadeniladas no final do RNAm Esses elementos são essenciais para a estabilidade e tradução do RNAm Além disso mutações nas regiões intrônicas não codificadoras do gene podem perturbar o splicing alternativo que é o processo de combinação de éxons para formar uma molécula de RNAm madura Isso pode levar à produção de uma forma defeituosa do RNAm ou à ausência dele Nesse contexto as mutações nas regiões não traduzidas do RNAm podem afetar sua estabilidade e vida útil o que prejudica a produção da proteína Assim uma mutação na região antes da sequência codificadora do gene afeta múltiplos aspectos da expressão gênica desde a transcrição até a tradução resultando na ausência da proteína e potencialmente causando impactos significativos na função dos tecidos e órgãos onde essa proteína desempenha um papel importante 3 Para que o colágeno funcional seja devidamente formado é essencial que as três cadeias polipeptídicas se organizem e estruturem adequadamente Em situações em que esse processo apresenta dificuldades o organismo tem mecanismos fisiológicos que visam garantir a qualidade e a funcionalidade da proteína e incluem vários processos Inicialmente as cadeias polipeptídicas de colágeno passam por modificações póstraducionais como hidroxilação de resíduos de prolina e lisina Enzimas específicas são responsáveis por introduzir grupos hidroxila em resíduos de aminoácidos promovendo interações entre as cadeias e estabilizando a estrutura Além disso a formação de ligações cruzadas covalentes entre as cadeias de colágeno é necessária para a estabilidade da estrutura enzimas como as lisil oxidases catalisam esse processo de formação de ligações cruzadas Além disso proteínas como o Hsp47 evitam o mau dobramento e a agregação inadequada das cadeias de colágeno e a via de sinalização celular envolvida na síntese e montagem do colágeno é regulada por fatores de transcrição e sinais extracelulares permitindo à célula ajustar a produção e o processamento do colágeno de acordo com as necessidades do tecido Além disso a regulação epigenética modificações químicas no DNA e nas histonas pode interferir na expressão dos genes relacionados à síntese de colágeno permitindo ajustar a expressão desses genes conforme as necessidades da célula e tecido em questão 4 Quando ocorre uma mutação em um dos aminoácidos das cadeias de colágeno essa proteína tende a não conseguir atingir sua conformação final apropriada resultando na perda de sua função funcional Na verdade o destino dessa proteína na célula depende do tipo de mutação e do grau de impacto que ela tem na estrutura e na função da proteína Por exemplo em muitos casos proteínas mutantes são identificadas por sistemas de controle de qualidade proteica da célula que reconhecem proteínas malformadas ou danificadas e são direcionadas para a degradação assegurando que proteínas defeituosas não se acumulem no interior da célula No entanto em algumas situações em que a mutação não afeta gravemente a capacidade da proteína de se dobrar em uma conformação razoavelmente funcional a proteína mutante pode acumularse dentro da célula porém esse acúmulo de proteínas malformadas pode ser prejudicial para a célula interferindo em suas funções normais Já em casos mais graves proteínas mutantes podem formar agregados proteicos que são aglomerados anormais de proteínas que podem ser tóxicos para a célula causando doenças