Hibridização In Situ fluorescente e marcação de 5-etil-2'-desoxiuridina para células-tronco em águas-vivas hidrozoárias Cladonema pacificum

Cnidaria é considerado um filo de metazoários basalmente ramificado contendo animais com nervos e músculos, colocando-os em uma posição única para a compreensão da evolução do desenvolvimento e fisiologia animal ^1,2. Os cnidários são categorizados em dois grupos principais: Anthozoa (por exemplo, anêmonas do mar e corais) possuem apenas larvas de plânula e estágios sésseis, enquanto Medusozoa (membros de Hydrozoa, Staurozoa, Scyphozoa e Cubozoa) normalmente assumem a forma de medusas de natação livre, ou águas-vivas, bem como larvas de plânula e pólipos. Os cnidários comumente exibem alta capacidade regenerativa, e seus mecanismos celulares subjacentes, particularmente sua posse de células-tronco adultas e células proliferativas, têm atraído muita atenção ^3,4. Inicialmente identificadas na Hydra, as células-tronco hidrozoárias estão localizadas nos espaços intersticiais entre as células epiteliais ectodérmicas e são comumente referidas como células intersticiais ou i-células³.

As células i hidrozoárias compartilham características comuns que incluem multipotência, expressão de marcadores de células-tronco amplamente conservadas (por exemplo, Nanos, Piwi, Vasa) e potencial de migração 3,5,6,7,8. Como células-tronco funcionais, as células i estão amplamente envolvidas no desenvolvimento, fisiologia e respostas ambientais de animais hidrozoários, o que atesta sua alta capacidade regenerativa e plasticidade³. Embora as células-tronco, semelhantes às células i, não tenham sido identificadas fora dos hidrozoários, mesmo na espécie modelo estabelecida Nematostella, as células proliferativas ainda estão envolvidas na manutenção e regeneração do tecido somático, bem como da linha germinativa⁹. Como os estudos sobre desenvolvimento e regeneração cnidária têm sido predominantemente conduzidos em animais do tipo pólipo, como Hydra, Hydractinia e Nematostella, a dinâmica celular e as funções das células-tronco em espécies de águas-vivas permanecem em grande parte sem solução.

A água-viva hidrozoária Clytia hemisphaerica , uma espécie cosmopolita de águas-vivas com diferentes habitats ao redor do mundo, incluindo o Mar Mediterrâneo e a América do Norte, tem sido utilizada como animal modelo experimental em diversos estudos evolutivos e de desenvolvimento¹⁰. Com seu tamanho pequeno, fácil manuseio e ovos grandes, o Clytia é adequado para manutenção em laboratório, bem como para a introdução de ferramentas genéticas, como os métodos de transgênese e knockout recentemente estabelecidos¹¹, abrindo a oportunidade para uma análise detalhada dos mecanismos celulares e moleculares subjacentes à biologia das águas-vivas. No tentáculo de Clytia medusa, as células i estão localizadas na região proximal, chamada bulbo, e progenitores como os nematoblastos migram para a ponta distal, diferenciando-se em tipos celulares distintos, incluindo os nematócitos¹².

Durante a regeneração da Clytia manubrium, órgão oral das águas-vivas, as células i Nanos1⁺ presentes nas gônadas migram para a região onde o manúbrio é perdido em resposta a danos e participam da regeneração do manúbrio⁷. Essas descobertas apoiam a ideia de que as células i em Clytia também se comportam como células-tronco funcionais que estão envolvidas na morfogênese e regeneração. No entanto, dado que as propriedades das células i diferem entre os animais representativos do tipo pólipo, como Hydra e Hydractinia³, é possível que as características e funções das células-tronco sejam diversificadas entre as espécies de águas-vivas. Além disso, com exceção de Clytia, as técnicas experimentais têm sido limitadas para outras águas-vivas, e a dinâmica detalhada das células proliferativas e células-tronco é desconhecida¹³.

A água-viva hidrozoária Cladonema pacificum é um organismo modelo emergente que pode ser mantido em um ambiente de laboratório sem uma bomba de água ou sistema de filtração. A Cladonema medusa possui tentáculos ramificados, característica comum na família Cladonematidae, e um órgão fotorreceptor chamado ocellus na camada ectodérmica próxima ao bulbo¹⁴. O processo de ramificação do tentáculo ocorre em um novo local de ramificação que aparece ao longo do lado adaxial do tentáculo. Com o tempo, os tentáculos continuam a se alongar e se ramificar, com os galhos mais antigos sendo empurrados para fora em direção à ponta¹⁵. Além disso, os tentáculos de Cladonema podem se regenerar dentro de alguns dias após a amputação. Estudos recentes têm sugerido o papel das células proliferantes e células-tronco na ramificação e regeneração de tentáculos em Cladonema^16,17. No entanto, embora a hibridização in situ convencional (ISH) tenha sido utilizada para visualizar a expressão gênica no Cladonema, devido à sua baixa resolução, atualmente é difícil observar a dinâmica das células-tronco no nível celular em detalhes.

Este trabalho descreve um método de visualização de células-tronco em Cladonema por FISH e cocoloração com EdU, um marcador de proliferação celular¹⁸. Visualizamos o padrão de expressão de Nanos1, um marcador de células-tronco ^5,17, pelo FISH^, que permite a identificação da distribuição de células-tronco no nível de célula única. Além disso, a co-coloração da expressão de Nanos1 com a marcação EdU permite distinguir células-tronco em proliferação ativa. Este método para monitorar células-tronco e células proliferativas pode ser aplicado a uma ampla gama de áreas de investigação, incluindo ramificação de tentáculos, homeostase tecidual e regeneração de órgãos em Cladonema, e uma abordagem semelhante pode ser aplicada a outras espécies de águas-vivas.