O crânio é composto de estruturas que interagem entre si formando um sistema complexo, como os ossos da caixa craniana unidos por tecido fibroso (sutura), o qual exerce função importante durante o desenvolvimento do indivíduo até a idade adulta. Ao fenômeno de fusão prematura das suturas dá-se o nome de craniossinostose que, em 32% dos casos com diagnóstico molecular, são causados por mutações no gene FGFR2. A via de sinalização por FGF já foi implicada tanto em processos biológicos mitogênicos, regulatórios, morfológicos quanto em processos endócrinos. A síndrome de Apert representa 4% de todos os casos de craniossinostose e as duas mutações mais frequentes encontradas nestes pacientes, S252W (64%) e P253R (26%), aumentam a afinidade de ligação dos receptores das isoformas epiteliais e mesenquimais do receptor por quase todos os FGFs e levam à perda de especificidade aos ligantes. Entretanto, a literatura acerca das características celulares aberrantes causadas por mutações desta síndrome é controversa. Atualmente, muitos estudos têm apontado a importância do periósteo, tecido fibroso rico em células que recobre os ossos, na regeneração óssea, não só através de sinalização parácrina, mas também como fonte de células osteoprogenitoras. Neste contexto, há poucos trabalhos na literatura. Nossa hipótese principal é verificar se o periósteo contribui para a fusão, prematura e pós-cirúrgica, das suturas coronais na Síndrome de Apert. Neste caso, a nossa expectativa é as células que compõem este tecido, como por exemplo, fibroblastos e células-tronco mesenquimais, tenham funções celulares como proliferação, migração e diferenciação anômalas em resposta a vias de sinalização intracelulares alteradas. Assim sendo, nossos objetivos foram verificar se a mutação S252W tem um efeito funcional/celular semelhante em duas diferentes potenciais células osteoprogenitoras: fibroblasto e células-tronco mesenquimais; e verificar se diferentes ligantes a FGFR2, os FGFs, atuam diferentemente nas funções destas mesmas células com mutação S252W. De forma geral, nossos resultados revelaram as diferenças funcionais entre fibroblastos e células-tronco mesenquimais (MSCs) provenientes de pacientes com síndrome de Apert, sendo que as funções dos fibroblastos mutados estão mais comprometidas do que as funções das MSCs. Além disso, os fibroblastos S252W têm efeito positivo sobre as MSCs, selvagem ou mutadas, enquanto que o oposto não ocorre. A inibição da fosforilação da JNK anula o efeito da mutação no processo de diferenciação osteogênica atípica de fibroblastos. Também mostramos que FGF2, FGF10 e FGF19 têm diferentes influências sobre o fenótipo de células com a mutação, que também difere entre os tipos celulares. O FGF19 é o fator que mais interfere no processo de ossificação nas células S252W. Nossa análise de perfil de expressão gênica mostrou que os FGFs modulam diferentes vias de sinalização em fibroblastos de pacientes com síndrome de Apert: o FGF2 está ligado a genes do sistema nervoso central, corroborado pelo estudo no modelo animal; o FGF10, a resposta imune e o FGF19 à ossificação. O estudo de células com mutação atípica mostra que a expressão ectópica da isoforma epitelial de FGFR2 está associada ao fenótipo clínico da Síndrome de Apert e parece ser também responsável pelo fenótipo atípico associado à transição epitélio-mesenquimal. Estes resultados nos possibilitaram inferir que o periósteo contribui para o processo de reossificação das suturas na Síndrome de Apert, e que tanto fibroblastos como células-tronco mesenquimais podem estar envolvidos neste processo. / The skull is composed of structures that interact with each other forming a complex system, sucha as the bones of the skull that are united by fibrous tissue (suture), which plays important role during the development of the individual until adulthood. The phenomenon of premature fusion of sutures is named as craniosynostosis, which are caused by mutations in the FGFR2 gene in 32% of the cases with molecular diagnosis. The FGF signaling pathway has been implicated in both mitogenic biological processes, regulatory, morphological and endocrine processes. Apert syndrome accounts for 4% of all cases of craniosynostosis and the two most frequent mutations found in these patients, S252W (64%) and P253R (26%), increase the binding affinity in mesenchymal and epithelial isoforms of the receptor for nearly all FGFs and lead to loss of ligand specificity. However, literature concerning the aberrant cellular characteristics caused by Apert syndrome mutations is controversial. Currently, many studies have highlighted the importance of the periosteum (a fibrous tissue rich in cells that covers the bones) in bone regeneration, not only through paracrine signaling, but also as a source of osteoprogenitor cells. In this regard, there are few studies in literature. Our main hypothesis is to verify whether the periosteum contributes to premature and post-surgical fusion of the coronal sutures in Apert syndrome. In this case, we expect that the cells that compose this tissue, such as fibroblasts and mesenchymal stem have abnormal cell functions such as proliferation, migration and differentiation in response to altered intracellular signaling pathways. Our objectives were to verify if the S252W mutation has a similar functional/cellular effect in two different potential osteoprogenitor cells: fibroblasts and mesenchymal stem cells; and to verify whether different ligands to FGFR2, the FGFs, act differently in these cells with S252W mutation. Overall, our results reveal functional differences between fibroblasts and mesenchymal stem cells (MSCs) from patients with Apert syndrome, and that these functions are more impaired in the mutant fibroblasts. Moreover, the S252W fibroblasts have positive effect on the osteogenic differentiation of MSCs (wild-type and mutant) whereas the opposite does not occur. Inhibition of JNK phosphorylation nullifies the effect of atypical osteogenic differentiation of mutant fibroblasts. We also show that FGF2, FGF10 and FGF19 have different influences on the phenotype of mutant cells, which also differs between cell types. The FGF19 is the main factor that interferes with the process of ossification of S252W cells. Our analysis of gene expression profile showed that FGFs modulate different signaling pathways in fibroblasts from Apert syndrome patients: while FGF2 gene is linked to the central nervous system, supported by studies in animal model, FGF10 is associated to immune response and FGF19, to ossification. The study of cells with atypical mutation shows that the ectopic expression of the epithelial isoform of FGFR2 generates the clinical phenotype of Apert syndrome, but also leads to an atypical phenotype associated with epithelial-mesenchymal transition. These results enabled us to infer that the periosteum contributes to the process of suture reossification in Apert syndrome, and that both fibroblast and mesenchymal stem cells may be involved in this process.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-24102011-095337 |
| Date | 04 August 2011 |
| Creators | Erika Yeh |
| Contributors | Maria Rita dos Santos e Passos Bueno, Hugo Aguirre Armelin, Andrea Laurato Sertie Santos, Tatiana Teixeira Torres, Chao Yun Irene Yan |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Ciências Biológicas (Biologia Genética), USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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